KR20230073292A - Method and extruder for producing high-quality blocks of fixed active media - Google Patents

Method and extruder for producing high-quality blocks of fixed active media Download PDF

Info

Publication number
KR20230073292A
KR20230073292A KR1020237013580A KR20237013580A KR20230073292A KR 20230073292 A KR20230073292 A KR 20230073292A KR 1020237013580 A KR1020237013580 A KR 1020237013580A KR 20237013580 A KR20237013580 A KR 20237013580A KR 20230073292 A KR20230073292 A KR 20230073292A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
extruder
binder
length
pvdf
block
Prior art date
Application number
KR1020237013580A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
자링 류
아자즈 에이. 바호라
Original Assignee
알케마 인코포레이티드
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 알케마 인코포레이티드 filed Critical 알케마 인코포레이티드
Publication of KR20230073292A publication Critical patent/KR20230073292A/en

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C48/00Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor
    • B29C48/25Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
    • B29C48/78Thermal treatment of the extrusion moulding material or of preformed parts or layers, e.g. by heating or cooling
    • B29C48/80Thermal treatment of the extrusion moulding material or of preformed parts or layers, e.g. by heating or cooling at the plasticising zone, e.g. by heating cylinders
    • B29C48/83Heating or cooling the cylinders
    • B29C48/832Heating
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C48/00Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor
    • B29C48/25Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
    • B29C48/36Means for plasticising or homogenising the moulding material or forcing it through the nozzle or die
    • B29C48/50Details of extruders
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C48/00Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor
    • B29C48/25Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C48/00Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor
    • B29C48/25Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
    • B29C48/285Feeding the extrusion material to the extruder
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C48/00Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor
    • B29C48/25Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
    • B29C48/36Means for plasticising or homogenising the moulding material or forcing it through the nozzle or die
    • B29C48/395Means for plasticising or homogenising the moulding material or forcing it through the nozzle or die using screws surrounded by a cooperating barrel, e.g. single screw extruders
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C48/00Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor
    • B29C48/25Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
    • B29C48/36Means for plasticising or homogenising the moulding material or forcing it through the nozzle or die
    • B29C48/50Details of extruders
    • B29C48/505Screws
    • B29C48/625Screws characterised by the ratio of the threaded length of the screw to its outside diameter [L/D ratio]
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C48/00Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor
    • B29C48/25Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
    • B29C48/36Means for plasticising or homogenising the moulding material or forcing it through the nozzle or die
    • B29C48/50Details of extruders
    • B29C48/505Screws
    • B29C48/63Screws having sections without mixing elements or threads, i.e. having cylinder shaped sections
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C48/00Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor
    • B29C48/25Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
    • B29C48/36Means for plasticising or homogenising the moulding material or forcing it through the nozzle or die
    • B29C48/50Details of extruders
    • B29C48/68Barrels or cylinders
    • B29C48/6801Barrels or cylinders characterised by the material or their manufacturing process
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C48/00Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor
    • B29C48/25Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
    • B29C48/36Means for plasticising or homogenising the moulding material or forcing it through the nozzle or die
    • B29C48/50Details of extruders
    • B29C48/68Barrels or cylinders
    • B29C48/684Barrels or cylinders having adaptable feed or discharge locations, e.g. for varying the amount of kneading by changing hopper position or discharge exit
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C48/00Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor
    • B29C48/25Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
    • B29C48/78Thermal treatment of the extrusion moulding material or of preformed parts or layers, e.g. by heating or cooling
    • B29C48/80Thermal treatment of the extrusion moulding material or of preformed parts or layers, e.g. by heating or cooling at the plasticising zone, e.g. by heating cylinders
    • B29C48/83Heating or cooling the cylinders
    • B29C48/834Cooling
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29KINDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
    • B29K2027/00Use of polyvinylhalogenides or derivatives thereof as moulding material
    • B29K2027/12Use of polyvinylhalogenides or derivatives thereof as moulding material containing fluorine
    • B29K2027/16PVDF, i.e. polyvinylidene fluoride
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29KINDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
    • B29K2105/00Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped
    • B29K2105/0005Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped containing compounding ingredients
    • B29K2105/0041Anti-odorant agents, e.g. active carbon
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29KINDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
    • B29K2507/00Use of elements other than metals as filler
    • B29K2507/04Carbon

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Extrusion Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
  • Manufacture Of Macromolecular Shaped Articles (AREA)
  • Molding Of Porous Articles (AREA)

Abstract

결합제로서의 폴리(비닐리덴 플루오라이드)(PVDF)와, 흡수제, 예를 들면, 활성탄을 사용하여 탄소 블록을 제조하기 위한 방법 및 압출기가 개시된다.Methods and extruders for producing carbon blocks using poly(vinylidene fluoride) (PVDF) as a binder and an absorbent such as activated carbon are disclosed.

Figure P1020237013580
Figure P1020237013580

Description

고정된 활성 매질의 고품질 블록을 제조하기 위한 방법 및 압출기Method and extruder for producing high-quality blocks of fixed active media

본 발명은, 결합제로서의 폴리(비닐리덴 플루오라이드)(PVDF)와, 활성 매질, 예를 들면, 활성탄을 사용하여 활성 매질의 블록을 제조하기 위한 방법 및 압출기에 관한 것이다.The present invention relates to a method and an extruder for producing a block of active media using poly(vinylidene fluoride) (PVDF) as a binder and an active media such as activated carbon.

블록 또는 탄소 블록 또는 모놀리스로도 나타내는 고정된 활성 매질의 블록은, 식수에서 염소, 맛, 냄새 및 기타 부유되거나 용해된 오염물, 예를 들면, 미생물 및 중질 금속을 제거하기 위한 정수 응용 분야용 필터로서 널리 확립되어 있다. 블록은 또한 폐수 정수, 화학 반응용 촉매, 배터리 및 슈퍼커패시터용 전극, 액체 및 가스의 운송, 저장, 분리, 세정 등과 같은 다른 응용 분야에서도 사용된다.Blocks of immobilized active media, also referred to as blocks or carbon blocks or monoliths, are filters for water purification applications to remove chlorine, taste, odor and other suspended or dissolved contaminants such as microorganisms and heavy metals from drinking water. has been widely established as Blocks are also used in other applications, such as wastewater purification, catalysts for chemical reactions, electrodes for batteries and supercapacitors, transport, storage, separation and cleaning of liquids and gases.

블록은, 일반적으로, 활성 매질 입자 또는 섬유, 예를 들면, 활성탄, 흑연, 분자체, 금속 및 유도체, 살균제, 중금속 제거제 등으로 제조된다. 블록은 하나 이상의 결합제, 예를 들면, 중합체 결합제도 함유하며, 이는 활성 매질 입자들 간의 상호 연결성을 허용한다. 중합체 결합제는 폴리올레핀, 예를 들면, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등; 폴리비닐, 예를 들면, 폴리비닐 클로라이드, 폴리비닐 플루오라이드, 폴리비닐리덴 클로라이드, 폴리비닐리덴 플루오라이드 등; 폴리에스테르, 예를 들면, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리부틸렌 테레프탈레이트 등; 폴리아미드 등을 포함하는 거의 모든 열가소성 물질로 구성될 수 있다. 이들 물질 중 폴리에틸렌 및 폴리에스테르가 시장에서 가장 폭넓게 사용되어 왔다.The blocks are generally made of active media particles or fibers, such as activated carbon, graphite, molecular sieves, metals and derivatives, biocides, heavy metal scavengers, and the like. The block also contains one or more binders, such as polymeric binders, which allow for interconnection between the particles of the active medium. Polymer binders include polyolefins such as polyethylene, polypropylene, and the like; polyvinyls such as polyvinyl chloride, polyvinyl fluoride, polyvinylidene chloride, polyvinylidene fluoride and the like; polyesters such as polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate and the like; It can be composed of almost any thermoplastic material including polyamide and the like. Of these materials, polyethylene and polyester have been the most widely used on the market.

블록을 제조하는 두 가지 주요 방법이 있다. 하나는 소결/압축 성형에 의한 것이고, 다른 하나는 연속 압출 기술에 의한 것이다. 압출은 종종 블록을 생산하는 보다 비용 효율적인 방법으로 간주된다.There are two main methods of manufacturing blocks. One is by sinter/compression molding and the other is by continuous extrusion technology. Extrusion is often considered a more cost effective method of producing blocks.

알케마(Arkema)는 Kyblock® 시리즈의 PVDF 중합체 결합제를 블록 산업에 도입하였으며, 상기 제품은 낮은 결합제 로딩, 활성 매질 입자에 대한, 특히 미세 입자에 대한 접착력 향상과 같은 입증된 이익이 있다. 정수 응용 분야에서 PVDF 중합체 결합제는 오염물, 예를 들면, 염소 및 중금속의 제거 성능을 향상시킨다. PVDF 중합체 결합제는 다른 블록 응용 분야, 예를 들면, 기체의 수송, 저장, 분리 및 세정에서도 향상된 성능을 제공한다.Arkema introduced the Kyblock® series of PVDF polymeric binders to the block industry, which have proven benefits such as low binder loading and improved adhesion to active medium particles, especially to fine particles. In water purification applications, PVDF polymeric binders improve the removal performance of contaminants such as chlorine and heavy metals. PVDF polymeric binders also provide improved performance in other block applications, such as gas transport, storage, separation and cleaning.

본 발명의 블록은 PVDF 중합체 결합제를 포함한다. 상기 PVDF 중합체 결합제는 단일 PVDF 중합체, 2종 이상의 PVDF 중합체 블렌드, 및 PVDF 중합체와 다른 중합체, 예를 들면, 폴리에틸렌, 폴리에스테르 및 폴리아미드와의 블렌드를 포함한다.The block of the present invention comprises a PVDF polymeric binder. The PVDF polymeric binders include single PVDF polymers, blends of two or more PVDF polymers, and blends of PVDF polymers with other polymers, such as polyethylenes, polyesters and polyamides.

하나 이상의 PVDF 중합체 결합제가 블록의 조성에 포함되는 경우, 상기 결합제들은 일반적으로 폴리에틸렌 및 폴리에스테르 결합제로 만들어진 통상의 블록에 사용되는 방법 및 장비에서 드롭-인(drop-in) 교체를 허용하지 않는다. 따라서, 최종 사용자가 제품에, 특히 블록을 만들기 위해 압출 기술을 사용하는 제품에 PVDF 중합체 결합제를 적용하는 것은 어려운 일이다.When one or more PVDF polymeric binders are included in the composition of the block, these binders do not allow for drop-in replacement in the methods and equipment used for conventional blocks generally made of polyethylene and polyester binders. Therefore, it is difficult for end users to apply PVDF polymer binders to products, especially products that use extrusion technology to make blocks.

본 발명은 활성 매질 입자, 예를 들면, 활성탄 및 PVDF 중합체 결합제를 함유하는 블록을 제조할 때의 압출 문제를 해결하여, 압출 공정의 용이성 및 쓰루풋(throughput), 및 블록의 품질 및 성능을 향상시킨다.The present invention solves the problem of extrusion when making blocks containing active media particles, e.g., activated carbon and PVDF polymeric binder, improving the ease and throughput of the extrusion process and the quality and performance of the blocks. .

PVDF 중합체 결합제를 사용하여 블록을 압출하는 동안 직면하는 일반적인 문제는 1) 활성 매질과 PVDF 결합제의 미세 입자 블렌드를 압출기 배럴로 공급하는 것, 2) 결합제의 불완전한 경화 및 3) 블록이 배럴 내부를 잠그는(lock up) 압출기의 재밍(jamming)을 포함한다. 물질들의 미세 입자 블렌드 공급의 문제는 주로 분말 물질의 유동과 관련이 있으며, PVDF 결합제는, 작은 서브마이크론의 개별 입자 크기로 인해, 전체 분말 블렌드의 유동을 손상시키는 경향이 있다.Common problems encountered while extruding blocks using PVDF polymer binders are 1) feeding the fine particle blend of active medium and PVDF binder into the extruder barrel, 2) incomplete curing of the binder, and 3) block locking inside the barrel. (lock up) includes jamming of the extruder. The problem of supplying fine particle blends of materials is primarily related to the flow of the powder material, and PVDF binders tend to impair the flow of the overall powder blend due to the small submicron individual particle size.

블록의 불완전한 경화는 일반적으로 PVDF 중합체 결합제의 용융 온도가 일반적으로 PE 및 폴리에스테르 결합제의 용융 온도보다 높고, 110 내지 180℃의 범위에서 발생한다. 경화는 활성 매질 입자가 결합제로 결합됨을 의미한다. PVDF 중합체를 사용하여 만든 블록은 일반적으로 압출기의 가열 구역에서 더 높은 온도 및/또는 더 긴 체류 시간을 필요로 한다. 이는 예를 들면, WO1992017327A2에 개시된 바와 같이 비날개형(unflighted)의 짧은 가열 구역을 갖는 유형의 압출기를 사용할 때 부분적으로 경화된 블록을 생성할 수 있다.Incomplete curing of the block usually occurs in the range of 110 to 180 °C, where the melting temperature of the PVDF polymer binder is generally higher than that of the PE and polyester binders. Curing means that the active medium particles are bonded with a binder. Blocks made using PVDF polymers generally require higher temperatures and/or longer residence times in the heating zone of the extruder. This can produce partially cured blocks when using an extruder of the type with an unflighted short heating zone, for example as disclosed in WO1992017327A2.

압출기 배럴의 재밍 문제는 일반적으로 압출기 배럴의 벽에 대한 블록의 높은 마찰로 인한 것이다. 이러한 문제는 특히 100㎛ 미만, 바람직하게는 20㎛ 미만, 가장 바람직하게는 10㎛ 미만의 작은 활성 매질 입자를 포함하는 블록에서 발생한다. PVDF 중합체 결합제는 중금속 제거를 위해 작은 활성 매질 입자를 사용하는 헬스 클레임(health claim) 필터용 활성탄 블록의 경우와 같은 블록에 주로 사용된다. 재밍 문제는, 일반적으로 20% 미만, 바람직하게는 16% 미만의 낮은 결합제 로딩으로 인해, PVDF 중합체 결합제를 포함하는 블록에서도 발생한다. 이는 중합체 결합제가 윤활유 역할을 하고, 압출기 벽과의 마찰을 최소화하는 데 도움이 되기 때문이다.Extruder barrel jamming problems are generally due to high friction of the block against the walls of the extruder barrel. This problem arises in particular with blocks comprising small active medium particles of less than 100 μm, preferably less than 20 μm and most preferably less than 10 μm. PVDF polymeric binders are primarily used in blocks such as activated carbon blocks for health claim filters that use small active media particles for heavy metal removal. Jamming problems also occur with blocks comprising PVDF polymeric binders due to the low binder loadings, generally less than 20%, preferably less than 16%. This is because the polymer binder acts as a lubricant and helps minimize friction with the extruder walls.

US2016/0121249 A1 및 WO2014055473 A2는 활성탄 블록 필터의 제조시 결합제로서 열가소성 결합제(PVDF)를 사용하는 방법 및 압축 성형/소결 기술을 통한 또는 압출을 통한 이의 제조방법을 교시한다.US2016/0121249 A1 and WO2014055473 A2 teach the use of a thermoplastic binder (PVDF) as a binder in the manufacture of activated carbon block filters and their preparation via compression molding/sintering techniques or via extrusion.

WO1992017327 A2는 압출 공정을 사용하여 고체 복합 물품(article)을 형성함을 개시한다. 활성탄과 폴리에틸렌 결합제의 블렌드로부터 블록을 생산하는 압출기가 개시된다. PVDF는 사용 가능한 결합제로 언급되지 않는다. 코슬로우(Koslow)는 가열 구역이 다이(냉각) 구역보다 더 짧은, 배럴 내에 비날개형의 짧은 가열 구역을 갖는 압출기를 교시한다. 또한, 긴 가열 구역은 작용하지 않는데, 이는 블록과 압출기 배럴 벽의 더 높은 마찰을 유발하여 배럴의 재밍을 초래하기 때문임을 교시한다.WO1992017327 A2 discloses forming solid composite articles using an extrusion process. An extruder for producing blocks from a blend of activated carbon and a polyethylene binder is disclosed. PVDF is not mentioned as a usable binder. Koslow teaches an extruder that has a short, unwinged heating zone within the barrel, where the heating zone is shorter than the die (cooling) zone. It also teaches that long heating zones do not work because they cause higher friction between the block and the extruder barrel wall, resulting in jamming of the barrel.

WO1992017327 A2에 개시된 압출기는 PVDF 중합체 결합제를 함유하는 블록에 적합하지 않다. 짧은 비날개형 가열 구역은 일반적으로, 110 내지 180℃의 상대적으로 높은 PVDF 중합체 용융 온도로 인해, PVDF 중합체 결합제를 포함하는 블록을 완전히 경화시키기에 충분한 열 전달을 제공하지 않는다. 따라서, 이러한 압출기의 사용은 매우 낮은 압출 속도로 제한된다.The extruder disclosed in WO1992017327 A2 is not suitable for blocks containing PVDF polymeric binders. Short unbladed heating zones generally do not provide sufficient heat transfer to fully cure a block comprising a PVDF polymer binder due to the relatively high PVDF polymer melt temperature of 110 to 180 °C. Therefore, the use of these extruders is limited to very low extrusion speeds.

PVDF 중합체 결합제를 포함하는 블록의 재밍 또는 잠김 문제는 WO9217327 A2에 개시된 압출기 및 더 긴 및/또는 날개형 가열 구역을 갖는 압출기를 포함하여 모든 기존 압출기 디자인에서 발생하는 경향이 있다. PVDF 중합체 결합제를 포함하는 블록으로의 재밍 현상은 30% 미만, 바람직하게는 18% 미만, 가장 바람직하게는 12% 미만의 낮은 결합제 로딩으로 인해 발생할 수 있는데, 이는 결합제 로딩이 낮다는 것은 활성 매질 입자 함량이 높고, 압출기 배럴과의 마찰이 더 높다는 것이기 때문이다. 또한, 고급 CTO 정수 필터 및 헬스-클레임 정수 필터와 같은 많은 응용 분야에서는, 0.55g/㎤ 초과, 바람직하게는 0.65 초과, 가장 바람직하게는 0.75 초과의 높은 블록 밀도를 필요로 한다. 또한, 이러한 블록은 일반적으로 100㎛ 미만, 바람직하게는 50㎛ 미만, 가장 바람직하게는 10㎛ 미만의 미세 활성 매질 입자를 10% 초과, 바람직하게는 20% 초과, 보다 바람직하게는 30% 초과 포함한다. 더 높은 블록 밀도 및 미세 활성 매질 입자의 비는 모두, 압출기 배럴과의 마찰 증가에 기여하며, 이는 재밍 문제로 이어질 수 있다.Jamming or locking problems of blocks comprising PVDF polymeric binders tend to occur with all existing extruder designs, including those disclosed in WO9217327 A2 and those with longer and/or vane-shaped heating zones. Jamming into blocks comprising PVDF polymeric binders can occur due to binder loadings as low as less than 30%, preferably less than 18%, and most preferably less than 12%, since low binder loadings imply that the active medium particles This is because the higher the content, the higher the friction with the extruder barrel. Additionally, many applications, such as advanced CTO water filters and health-claim water filters, require high block densities greater than 0.55 g/cm3, preferably greater than 0.65 and most preferably greater than 0.75. In addition, such blocks generally contain more than 10%, preferably more than 20%, more preferably more than 30% fine active medium particles of less than 100 μm, preferably less than 50 μm and most preferably less than 10 μm. do. The higher block density and the ratio of fine active medium particles both contribute to increased friction with the extruder barrel, which can lead to jamming problems.

도 1에 도시된 것과 같은 표준 압출기는 날개형 공급 구역을 가지며, 일반적으로 공급기 호퍼(feeder hopper)로부터 배럴로 물질을 공급하기 위한, 중력에 의존하는 공급기가 장착된다. 활성 물질 및/또는 중합체 결합제의 미세 입자를 적어도 2wt% 함유하는 활성 매질과 중합체 결합제의 미립자 블렌드는 유동이 불량한 경향이 있다. 유동이 불량하면 압출기에 고르지 않게 공급된다. 미세 입자의 입자 크기는 50㎛ 미만, 바람직하게는 20㎛ 미만, 가장 바람직하게는 10㎛ 미만이다(로탭 체(ro-tap sieve) 진탕기로 10㎛ 이상에서 시험, Microtrac 입자 분석기로 10㎛ 미만에서 시험). PVDF 결합제는 20% 이상, 바람직하게는 50% 이상, 100% 이하의 미세 입자들을 함유할 수 있다. 활성 매질 입자는 미세 입자를, 특히 매질의 접근 가능한 표면적을 최대화하는 것이 중요한 고급 여과 응용 분야에서 포함할 수 있다. 일반적인 활성 매질의 미세 입자는 "활성탄 미세 입자", 금속 환원제, 살균제 등을 포함한다.A standard extruder, such as that shown in Figure 1, has a vane-shaped feed section and is usually equipped with a gravity dependent feeder to feed material from a feeder hopper into the barrel. Particulate blends of active medium and polymeric binder containing at least 2 wt % of fine particles of active material and/or polymeric binder tend to flow poorly. Poor flow feeds the extruder unevenly. The particle size of the fine particles is less than 50 μm, preferably less than 20 μm, most preferably less than 10 μm (tested at 10 μm or greater with a ro-tap sieve shaker, less than 10 μm with a Microtrac particle analyzer). test). The PVDF binder may contain fine particles of 20% or more, preferably 50% or more and 100% or less. Active media particles can include fine particles, especially in advanced filtration applications where maximizing the accessible surface area of the media is important. Fine particles of typical active media include "activated carbon fine particles", metal reducing agents, bactericides, and the like.

PVDF 중합체 결합제를 함유하는 블록의 압출에서의 문제가 남아 있는데, 기존의 다양한 압출 장치를 사용하면 활성 매질과 PVDF 결합제의 블렌드의 연속적인 공급이 일관되지 않고, 블록이 부분적으로만 경화되고/되거나 압출기 배럴이 내부에 블록이 잠긴 상태로 재밍된다.Problems remain in the extrusion of blocks containing PVDF polymeric binders, where using a variety of existing extrusion equipment the continuous feed of the blend of active medium and PVDF binder is inconsistent, the block is only partially cured and/or the extruder The barrel is jammed with the block locked inside.

지금부터 본 발명의 출원인은 날개형 가열 구역 및 배럴의 직경이 변형되어 형성 구역 전체에 걸쳐 일정하지 않은 형성 구역을 조합한 신규한 압출기를 디자인하였다. 이러한 신규한 압출기 디자인으로, PVDF 중합체 결합제를 포함하는 블록을 만드는 공정이 개선되어 압출기 배럴이 재밍되지 않는다.Applicant of the present invention has now designed a novel extruder that combines a vane-shaped heating zone and a forming zone where the diameter of the barrel is variable and not constant throughout the forming zone. With this novel extruder design, the process of making blocks comprising PVDF polymer binder is improved so that the extruder barrel does not jam.

본 발명은 제조방법 및 압출기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 폴리(비닐리덴 플루오라이드) 중합체 결합제 및 활성 매질, 예를 들면, 활성탄 입자로 이루어지는 고품질 블록 제품을 생산하기 위한 압출 공정 및 압출기에 관한 것이다.The present invention relates to a manufacturing process and an extruder, and more particularly to an extrusion process and extruder for producing high quality block products comprising a poly(vinylidene fluoride) polymer binder and an active medium, e.g., activated carbon particles. .

발명의 양태Aspects of the Invention

양태 1. 활성 매질과 PVDF 중합체 결합제의 블록을 제조하기 위한 압출기로서, 날개형(flighted) 가열 구역 및 비날개형 형성 구역을 포함하는 압출기 배럴을 포함하고, 상기 비날개형 형성 구역은 냉각 섹션을 포함하고,Aspect 1. An extruder for producing a block of an active medium and a PVDF polymeric binder comprising an extruder barrel comprising a flighted heating zone and an unflighted forming zone, the winged forming zone comprising a cooling section. include,

상기 가열 구역은 상기 형성 구역보다 더 길고,the heating zone is longer than the forming zone;

상기 압출기 배럴의 내부 직경 "D"는 비날개형 형성 구역에서 D1에서 D2로 증가하고, D1과 D2 사이의 직경의 변화율이 0.2 내지 1.0%이고,The inner diameter “D” of the extruder barrel increases from D 1 to D 2 in the unwinged forming zone, and the change rate of the diameter between D 1 and D 2 is 0.2 to 1.0%;

상기 가열 구역의 길이 대 상기 형성 구역의 길이의 비가 20:1 내지 5:4인, 압출기.wherein the ratio of the length of the heating zone to the length of the forming zone is from 20:1 to 5:4.

양태 2. 상기 형성 구역에서 직경 D1의 D2로의 증가율이 0.2 내지 0.9%, 바람직하게는 0.35 내지 0.70%인, 양태 1의 압출기.Aspect 2. The extruder of Aspect 1, wherein the rate of increase of diameter D 1 to D 2 in the forming zone is from 0.2 to 0.9%, preferably from 0.35 to 0.70%.

양태 3. 직경 D1에서 D2로의 증가율이 0.4 내지 0.65%인, 양태 1의 압출기.Aspect 3. The extruder of Aspect 1, wherein the increase in diameter D 1 to D 2 is from 0.4 to 0.65%.

양태 4. D1에서 D2로의 직경의 변화가 상기 형성 구역의 길이의 10 내지 100%, 바람직하게는 30 내지 85%, 바람직하게는 40 내지 75%에 걸쳐 발생하는, 양태 1 내지 3 중 어느 하나의 압출기.Aspect 4. Any of aspects 1 to 3, wherein the change in diameter from D 1 to D 2 occurs over 10 to 100%, preferably 30 to 85%, preferably 40 to 75% of the length of the forming zone. one extruder.

양태 5. 상기 가열 구역의 길이 대 형성 구역의 길이의 비가 바람직하게는 10:1 내지 5:4인, 양태 1 내지 4 중 어느 하나의 압출기.Aspect 5. The extruder of any of Aspects 1 through 4, wherein the ratio of the length of the heating zone to the length of the forming zone is preferably from 10:1 to 5:4.

양태 6. 상기 가열 구역의 길이가 0.25 내지 2.0m, 바람직하게는 0.5 내지 1.5m이고, 상기 가열 구역이 1 내지 10개의 가열 섹션을 포함하는, 양태 1 내지 6 중 어느 하나의 압출기.Aspect 6. The extruder of any of Aspects 1 to 6, wherein the heating zone has a length of 0.25 to 2.0 m, preferably 0.5 to 1.5 m, and wherein the heating zone comprises 1 to 10 heating sections.

양태 7. 상기 형성 구역의 길이가 0.01 내지 1m, 바람직하게는 0.02 내지 0.5m인, 양태 1 내지 7 중 어느 하나의 압출기.Aspect 7. The extruder of any of Aspects 1 through 7, wherein the length of the forming zone is from 0.01 to 1 m, preferably from 0.02 to 0.5 m.

양태 8. 상기 형성 구역의 길이가 0.05 내지 0.2m, 바람직하게는 0.05 내지 0.15m인, 양태 1 내지 7 중 어느 하나의 압출기.Aspect 8. The extruder of any of Aspects 1 to 7, wherein the length of the forming zone is from 0.05 to 0.2 m, preferably from 0.05 to 0.15 m.

양태 9. 상기 냉각 섹션의 길이가 0.01 내지 1m, 바람직하게는 0.02 내지 0.5m인, 양태 1 내지 8 중 어느 하나의 압출기.Aspect 9. The extruder of any of Aspects 1 through 8, wherein the length of the cooling section is from 0.01 to 1 m, preferably from 0.02 to 0.5 m.

양태 10. 상기 냉각 섹션의 길이가 0.05 내지 0.2m, 바람직하게는 0.05 내지 0.15m인, 양태 1 내지 8 중 어느 하나의 압출기.Aspect 10. The extruder of any of Aspects 1 to 8, wherein the length of the cooling section is from 0.05 to 0.2 m, preferably from 0.05 to 0.15 m.

양태 11. 상기 냉각 섹션이 상기 형성 구역의 길이의 20 내지 100%, 바람직하게는 50 내지 99%를 구성하는, 양태 1 내지 8 중 어느 하나의 압출기.Aspect 11. The extruder of any of Aspects 1 through 8, wherein the cooling section constitutes 20 to 100%, preferably 50 to 99%, of the length of the forming zone.

양태 12. 상기 날개형 구역에서의 상기 배럴의 내부 직경 "D1"이 1 내지 50cm, 보다 바람직하게는 3 내지 25cm인, 양태 1 내지 11 중 어느 하나의 압출기.Aspect 12. The extruder of any of Aspects 1 through 11, wherein the inside diameter “D 1 ” of the barrel in the vane-shaped section is from 1 to 50 cm, more preferably from 3 to 25 cm.

양태 13. 상기 날개형 구역에서의 상기 배럴의 내부 직경 "D1"이 1 내지 25cm, 바람직하게는 3 내지 6cm인, 양태 1 내지 11 중 어느 하나의 압출기.Aspect 13. The extruder of any of Aspects 1 through 11, wherein the inside diameter “D 1 ” of the barrel in the vane-shaped section is from 1 to 25 cm, preferably from 3 to 6 cm.

양태 14. 상기 압출기가 공급기 호퍼(feeder hopper)를 추가로 포함하고, 상기 공급기 호퍼가 오거(auger)를 포함하는, 양태 1 내지 13 중 어느 하나의 압출기.Aspect 14. The extruder of any of Aspects 1 to 13, wherein the extruder further comprises a feeder hopper, wherein the feeder hopper comprises an auger.

양태 15. 상기 압출기가 외부 배압 장치를 추가로 포함하는, 양태 1 내지 14 중 어느 하나의 압출기.Aspect 15. The extruder of any of Aspects 1 to 14, wherein the extruder further comprises an external back pressure device.

양태 16. 상기 외부 배압 장치가 풀러(puller), 웨이트(weight), 및 상기 블록에 부착되는 스프링 및 핑거로 구성된 도넛 장치(donut device)로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는, 양태 15의 압출기.Aspect 16. The extruder of Aspect 15, wherein the external back pressure device is selected from the group consisting of a puller, a weight, and a donut device consisting of a spring attached to the block and a finger.

양태 17. 활성 매질과 PVDF 중합체 결합제의 블록을 압출하는 방법으로서,Aspect 17. A method of extruding a block of active medium and PVDF polymer binder,

PVDF 중합체를 포함하는 PVDF 중합체 결합제 및 활성 매질을 제공하는 단계,providing a PVDF polymer binder comprising a PVDF polymer and an active medium;

상기 PVDF 중합체 결합제 및 활성 매질을 양태 1 내지 14 중 어느 하나의 압출기에 공급하는 단계 및feeding the PVDF polymer binder and active medium into the extruder of any one of aspects 1 to 14; and

생성된 PVDF 중합체 결합제와 활성 매질의 블렌드를 압출하여 고정된 매질의 블록을 형성하는 단계를 포함하는, 방법.extruding the resulting blend of PVDF polymeric binder and active medium to form a block of fixed medium.

양태 18. 탄소 블록을 압출하는 방법으로서,Aspect 18. A method of extruding a carbon block, comprising:

a. PVDF 중합체 결합제 및 활성 매질을 제공하는 단계,a. providing a PVDF polymer binder and an active medium;

b. 압출기 배럴을 포함하는 압출기를 제공하는 단계로서, 상기 압출기 배럴은 날개형 가열 구역 및 비날개형 형성 구역을 포함하고, 상기 형성 구역은 냉각 섹션을 포함하고, 상기 가열 구역의 길이 대 상기 형성 구역의 길이의 비가 20:1 내지 5:4이고, 상기 압출기 배럴의 내부 직경 "D"는 상기 형성 구역에서 D1에서 D2로 증가하고, D1과 D2 사이의 직경의 변화율이 0.2 내지 0.9%인, 상기 압출기를 제공하는 단계,b. providing an extruder comprising an extruder barrel, the extruder barrel comprising a vane-shaped heating zone and an unwinged forming zone, the forming zone comprising a cooling section, wherein the ratio of the length of the heating zone to the forming zone The length ratio is 20:1 to 5:4, the inner diameter “D” of the extruder barrel increases from D 1 to D 2 in the forming zone, and the change rate of the diameter between D 1 and D 2 is 0.2 to 0.9%. phosphorus, providing the extruder;

c. 상기 PVDF 중합체 결합제 및 활성 매질을 상기 압출기에 공급하는 단계 및c. feeding the PVDF polymer binder and active medium into the extruder; and

d. 상기 PVDF 중합체 결합제 및 활성 매질의 블렌드를 압출하여 고정된 매질의 블록을 형성하는 단계를 포함하는, 방법.d. extruding the blend of the PVDF polymeric binder and active medium to form a block of fixed medium.

양태 19. PVDF 중합체를 포함하는 상기 PVDF 중합체 결합제 및 활성 매질이 상기 압출기에 공급되기 전에 블렌딩되는, 양태 17 또는 18의 방법.Aspect 19. The method of Aspect 17 or 18, wherein the PVDF polymer binder comprising a PVDF polymer and an active medium are blended before being fed into the extruder.

양태 20. 상기 가열 구역의 온도가 상기 결합제의 용융 온도보다 20℃ 아래 내지 상기 결합제의 용융 온도보다 80℃ 위인, 양태 17 내지 19 중 어느 하나의 방법.Aspect 20. The method of any one of Aspects 17-19, wherein the temperature of the heating zone is from 20° C. below the melting temperature of the binder to 80° C. above the melting temperature of the binder.

양태 21. 상기 가열 구역의 온도가 130 내지 260℃, 바람직하게는 170 내지 230℃인, 양태 17 내지 19 중 어느 하나의 방법.Aspect 21. The method of any one of Aspects 17 through 19, wherein the temperature of the heating zone is from 130 to 260°C, preferably from 170 to 230°C.

양태 22. 상기 결합제가, 용융 점도가 5 내지 80kP인, 바람직하게는 15 내지 50kP인 VDF/HFP 공중합체를 포함하는, 양태 17 내지 21 중 어느 하나의 방법.Aspect 22. The method of any of Aspects 17 through 21, wherein the binder comprises a VDF/HFP copolymer having a melt viscosity of 5 to 80 kP, preferably 15 to 50 kP.

양태 23. 상기 PVDF 중합체가 5 내지 20wt%의 HFP를 포함하는, 양태 17 내지 22 중 어느 하나의 방법.Aspect 23. The method of any one of Aspects 17-22, wherein the PVDF polymer comprises 5-20wt% HFP.

양태 24. 활성 매질과 중합체 결합제의 배합물이 적어도 2wt%의 미세 입자들을 함유하는, 양태 17 내지 23 중 어느 하나의 방법.Aspect 24. The method of any of Aspects 17-23, wherein the combination of active medium and polymeric binder contains at least 2 wt % of fine particles.

양태 25. 상기 PVDF 중합체가, 평균 개별 입자 크기로서 크기가 50 내지 500nm인 개별 PVDF 중합체 입자들을 포함하고, 상기 개별 중합체 입자들의 응집체의 크기가, 전자 주사 현미경으로 측정시, 1 내지 150㎛, 바람직하게는 3 내지 50㎛인, 양태 17 내지 24 중 어느 하나의 방법.Aspect 25. The PVDF polymer comprises individual PVDF polymer particles having an average individual particle size of 50 to 500 nm in size, wherein the size of the agglomerates of the individual polymer particles is 1 to 150 μm, as measured by scanning electron microscopy, preferably The method of any one of aspects 17 to 24, preferably from 3 to 50 μm.

양태 26. 상기 PVDF 중합체 결합제가, 적어도 20%, 바람직하게는 적어도 50%, 그리고 100wt% 이하의 미세 입자들을 함유하는, 양태 17 내지 25 중 어느 하나의 방법.Aspect 26. The method of any of Aspects 17 to 25, wherein the PVDF polymer binder contains at least 20%, preferably at least 50%, and no more than 100 wt% of fine particles.

양태 27. 수착제(sorbent)가 활성탄을 포함하는, 양태 17 내지 26 중 어느 하나의 방법.Aspect 27. The method of any one of Aspects 17-26, wherein the sorbent comprises activated carbon.

양태 28. 상기 결합제가, 상기 결합제와 수착제의 총 중량을 기준으로 하여, 1 내지 30wt%, 바람직하게는 1 내지 10wt%를 구성하는, 양태 17 내지 27 중 어느 하나의 방법.Aspect 28. The method of any one of Aspects 17 through 27, wherein the binder constitutes 1 to 30 wt%, preferably 1 to 10 wt%, based on the total weight of the binder and sorbent.

양태 29. 활성 매질과 PVDF 중합체 결합제의 블록의 밀도가 0.95g/cc 이하, 바람직하게는 0.50 내지 0.90g/cc, 보다 바람직하게는 0.65 내지 0.85g/cc인, 양태 17 내지 28 중 어느 하나의 방법.Aspect 29. The method of any one of Aspects 17 through 28, wherein the density of the active medium and the block of PVDF polymer binder is less than or equal to 0.95 g/cc, preferably from 0.50 to 0.90 g/cc, more preferably from 0.65 to 0.85 g/cc. method.

양태 30. 상기 압출기가 0.5 내지 50cm의 압출된 블록/min의 속도, 바람직하게는 0.5 내지 30cm의 압출된 블록/min의 속도로 활성 매질과 PVDF 중합체 결합제의 블록을 생산하는, 양태 17 내지 29 중 어느 하나의 방법.Aspect 30. of Aspects 17 to 29, wherein the extruder produces blocks of active medium and PVDF polymer binder at a rate of 0.5 to 50 cm extruded blocks/min, preferably 0.5 to 30 cm extruded blocks/min. either way.

양태 31. 상기 가열 구역의 길이가 0.25 내지 2m, 바람직하게는 0.5 내지 1.5m이고,Aspect 31. The length of the heating zone is 0.25 to 2 m, preferably 0.5 to 1.5 m,

상기 형성 구역의 길이가 0.075 내지 0.20m이고, 상기 냉각 섹션이 상기 형성 구역의 27 내지 72%를 구성하고, 상기 압출기의 상기 배럴을 따르는 D1에서 D2로의 확장률이 0.3 내지 0.7%인, 양태 17 내지 30 중 어느 하나의 방법.The length of the forming zone is 0.075 to 0.20 m, the cooling section constitutes 27 to 72% of the forming zone, and the expansion ratio from D 1 to D 2 along the barrel of the extruder is 0.3 to 0.7%, The method of any one of aspects 17 to 30.

양태 32. 상기 압출 블록에 배압을 가하는 단계를 추가로 포함하는, 양태 17 내지 31 중 어느 하나의 방법.Aspect 32. The method of any of Aspects 17-31, further comprising applying back pressure to the extrusion block.

도 1 중공 실린더 블록을 생성하기 위한, 내부 고체 막대가 임의로 장착된 기존 압출기 배럴의 다이어그램. 배럴은 공급 구역, 가열 구역, 및 냉각 섹션을 포함하는 형성 구역의 세 구역으로 구성된다. 공급 구역은 가열되지 않고 날개형이며, 공급기의 호퍼 바로 아래에 위치하고, 호퍼의 가장자리에서 종료된다. 가열 구역은 날개형이고, 비날개형 형성 구역보다 더 길다. 가열 구역은 공급 호퍼의 가장자리에서 시작하여 날개형 섹션의 종료까지 도달한다. 표준 압출기에서, 공급 구역, 가열 구역 및 형성 구역의 직경은 배럴의 전체 길이를 따라 일정하다. 형성 구역은 비날개형이고, 일반적으로 가열 요소를 갖지 않는다. 형성 구역은 날개형 섹션의 종료에서 시작하여 배럴의 종료로 이어진다. 형성 구역은 일반적으로 냉각 요소가 사용되는 냉각 섹션을 포함한다.
도 2 중공 실린더 블록을 생성하기 위한, 내부 고체 막대가 임의로 장착된 본 발명의 압출 배럴의 개략도. 배럴은 공급 구역, 가열 구역, 및 냉각 섹션을 포함하는 형성 구역의 세 구역으로 구성된다. 본 개략도는 가열 구역 및 형성 구역을 도시한다. 공급 구역(도시되지 않음)은 비날개형이고, 일반적으로는 가열되지 않지만 가열될 수 있다. 가열 구역은 날개형이고, 바람직하게는 배럴의 외부 표면에 위치된 가열 요소가 장착되어 있다. 형성 구역은 비날개형이고, 일반적으로 가열되지 않는다. 형성 구역 내의 냉각 섹션에는 냉각 요소가 장착되어 있다. 바람직하게는 배럴의 외부 표면에 위치한다. 형성 구역에서, 내부 배럴 직경 "D"는 배럴의 길이를 따라 변형되어, 냉각 섹션(D2)의 출구에서의 최종 배럴 내부 직경이 비날개형 구역(D1)의 시작에서의 초기 배럴 내부 직경보다 크다. 내부 배럴 직경 "D"의 변형은 비날개형 구역의 전체 길이를 따라 점진적일 수 있거나 또는 증분일 수 있다. 가열 구역은 배럴에서 가장 긴 구역이다.
1 Diagram of a conventional extruder barrel optionally equipped with an internal solid rod to create a hollow cylinder block. The barrel consists of three zones: a feeding zone, a heating zone, and a forming zone including a cooling section. The feeding zone is unheated and vane-shaped, located directly below the hopper of the feeder, and terminating at the edge of the hopper. The heating zone is winged and longer than the non-winged forming zone. The heating zone starts at the edge of the feed hopper and reaches the end of the vane section. In a standard extruder, the diameters of the feeding zone, heating zone and forming zone are constant along the entire length of the barrel. The forming zone is unwinged and generally does not have a heating element. The forming zone starts at the end of the winged section and continues at the end of the barrel. The forming zone generally includes a cooling section in which cooling elements are used.
Fig. 2 Schematic view of an extrusion barrel of the present invention, optionally equipped with an internal solid bar, to create a hollow cylinder block. The barrel consists of three zones: a feeding zone, a heating zone, and a forming zone including a cooling section. This schematic shows a heating zone and a forming zone. The feed section (not shown) is unwinged and is usually unheated but may be heated. The heating zone is vane-shaped and is preferably equipped with a heating element located on the outer surface of the barrel. The forming zone is unwinged and is generally not heated. The cooling section in the forming zone is equipped with a cooling element. It is preferably located on the outer surface of the barrel. In the forming zone, the inner barrel diameter "D" is deformed along the length of the barrel so that the final barrel inner diameter at the exit of the cooling section (D 2 ) is the initial barrel inner diameter at the beginning of the unwinged zone (D 1 ). bigger than The deformation of the inner barrel diameter “D” can be gradual or incremental along the entire length of the winged section. The heated zone is the longest zone in the barrel.

본원에 열거되는 모든 참고문헌은 인용에 의해 본원에 포함된다. 달리 표시되지 않는 한, 조성물의 모든 퍼센티지는 중량 백분율이다. 본원에 기술된 상이한 요소들의 조합도 본 발명의 일부로 간주된다.All references listed herein are incorporated herein by reference. Unless otherwise indicated, all percentages of composition are weight percentages. Combinations of different elements described herein are also considered part of this invention.

본원에서 사용되는 "상호 연결성"은 활성 매질 입자 또는 섬유가 이들의 표면을 완전히 코팅하지 않고 중합체 결합제 입자에 의해 함께 영구적으로 함께 결합됨을 의미한다. "경화"라고 하는 과정 동안 결합제는 활성 매질 입자들을 특정 개별 지점들에서 연화시키고 부착하여, 조직화된 다공성 구조를 생성한다. 본 발명의 방법에 의해 생성된 블록은 다공성이다. 블록은 유체가 상호 연결된 입자 또는 섬유를 통과하게 하고, 유체는 유체 성분들의 활성 매질 상으로의 흡착을 선호하는 표면(들)에 직접 노출된다. 중합체 결합제는 개별 지점들에서만 활성 매질 입자에 부착되기 때문에, 활성 매질 상에 코팅되는 결합제보다 완전한 상호 연결을 위해 더 적은 결합제가 사용된다.As used herein, “interconnected” means that the active media particles or fibers are permanently bonded together by polymeric binder particles without completely coating their surfaces. During a process called "curing", the binder softens and adheres the active medium particles at specific discrete points, creating an organized porous structure. Blocks produced by the method of the present invention are porous. The block allows the fluid to pass through the interconnected particles or fibers and the fluid is directly exposed to the surface(s) favoring adsorption of the components of the fluid onto the active medium. Because the polymeric binder attaches to the active medium particles only at discrete points, less binder is used for complete interconnection than the binder coated on the active medium.

활성 매질과 PVDF 결합제의 블록을 제조하기 위한 압출기가 개시된다.An extruder for producing a block of active medium and PVDF binder is disclosed.

본 발명의 압출기를 사용하여 활성 매질과 PVDF 결합제의 블록을 압출하는 방법이 개시된다.A method for extruding a block of active medium and PVDF binder using the extruder of the present invention is disclosed.

본 발명은 결합제로서 PVDF를 사용하여 활성 매질, 예를 들면, 활성탄의 블록의 압출을 제공한다. 압출기는 블록을 생산하는 데 사용되는 기존 압출기 배럴에 비해 변형된 신규한 배럴 디자인을 가지고 있다. 본 발명의 신규한 압출기는 재밍 사건에서 블록이 배럴에서 잠기지 않는 활성 매질과 PVDF 결합제의 블록을 성공적으로 압출할 수 있게 한다.The present invention provides for the extrusion of blocks of activated media, eg activated carbon, using PVDF as a binder. The extruder has a novel barrel design that is modified compared to existing extruder barrels used to produce blocks. The novel extruder of the present invention makes it possible to successfully extrude a block of active medium and PVDF binder where the block is not locked in the barrel in a jamming event.

본 발명은 고정된 활성 매질의 블록을 압출하기 위한 압출기의 변형을 제공하며, 여기서 압출기 배럴은, 배럴의 출구의 변형된 내부 직경(D2)이 날개형 구역 또는 비날개형 구역의 개시 부분의 내부 직경(D1)보다 크도록 형성 구역에서 변형된다.The present invention provides a variant of an extruder for extruding a fixed block of active medium, wherein the extruder barrel is such that the modified inner diameter (D 2 ) of the outlet of the barrel is equal to or greater than the start of the winged section or unwinged section. It is deformed in the forming zone to be greater than the inside diameter (D 1 ).

압출 장치extrusion device

변형된 압출기 배럴은 1) 공급 구역, 2) 가열 구역 및 3) 냉각 섹션을 포함하는 형성 구역의 3개의 구역을 포함한다.The modified extruder barrel includes three zones: 1) a feeding zone, 2) a heating zone and 3) a forming zone comprising a cooling section.

공급 구역은 날개형이고, 일반적으로 가열되지 않으며, 공급기로부터 물질을 수용하고 가열 구역으로 물질을 운반한다. 가열 구역은 날개형이고, 가열 요소를 가지며, 적절한 열 전달 및 블록의 완전한 경화를 보장하기 위해 배럴에서 가장 긴 구역이다. 형성 구역은 비날개형이고, 일부는 임의로 가열될 수 있지만 일반적으로는 가열되지 않는다. 형성 구역 내에서 냉각 섹션은 비날개형이고, 냉각 요소가 장착되어 있다. 압출기 배럴은 형성 구역에서 변형되어, 도 2에 도시된 것처럼 형성 구역 종료에서의 변형된 내부 직경(D2)이 형성 구역 시작에서의 내부 직경(D1)보다 크다. 가열 구역의 길이 대 형성 구역의 길이의 비는 바람직하게는 20:1 내지 5:4, 바람직하게는 10:1 내지 5:4, 바람직하게는 8:1 내지 6:4이다.The feed zone is vane-shaped, generally unheated, and receives material from the feeder and conveys the material to the heating zone. The heating zone is vane-shaped, has heating elements, and is the longest zone in the barrel to ensure proper heat transfer and complete curing of the block. The forming zones are winged and some may optionally be heated, but are generally not heated. Within the forming zone the cooling section is unwinged and equipped with cooling elements. The extruder barrel is deformed in the forming zone such that the deformed inner diameter at the end of the forming zone (D 2 ) is greater than the inner diameter at the beginning of the forming zone (D 1 ), as shown in FIG. 2 . The ratio of the length of the heating zone to the length of the forming zone is preferably from 20:1 to 5:4, preferably from 10:1 to 5:4, preferably from 8:1 to 6:4.

배럴 및 배럴 구역의 절대 길이는 블록의 두께에 따른다 예를 들면, 고체 실린더 블록의 두께는 블록의 외부 직경이고, 중공 실린더 블록의 두께는 블록의 외부 직경에서 내부 직경을 뺀 차이로 정의된다.The absolute length of the barrel and barrel section depends on the thickness of the block. For example, the thickness of a solid cylinder block is the outer diameter of the block, and the thickness of a hollow cylinder block is defined as the difference between the outer diameter of the block minus the inner diameter.

공급 구역은 길이가 0.1 내지 1m, 바람직하게는 0.2 내지 0.5m일 수 있다.The feeding zone may be 0.1 to 1 m long, preferably 0.2 to 0.5 m long.

가열 구역은 형성 구역보다 더 길고, 길이가 0.25 내지 2m, 바람직하게는 0.5 내지 1.5m일 수 있다. 가열 구역은 1 내지 10개의 가열 요소, 바람직하게는 3 내지 5개의 가열 요소가 장착되어 있다. 가열 요소의 온도는 실온 내지 300℃로 설정될 수 있으며, 일반적으로 결합제의 용융 온도보다 20℃ 아래 내지 결합제의 용융 온도보다 80℃ 위이다. 각각의 요소의 온도를 독립적으로 제어할 수 있다.The heating zone is longer than the forming zone and may be between 0.25 and 2 m in length, preferably between 0.5 and 1.5 m. The heating zone is equipped with 1 to 10 heating elements, preferably 3 to 5 heating elements. The temperature of the heating element can be set from room temperature to 300°C, and is generally 20°C below the melting temperature of the binder to 80°C above the melting temperature of the binder. The temperature of each element can be independently controlled.

형성 구역은 길이가 0.01 내지 1m, 0.02 내지 0.7, 바람직하게는 0.05 내지 0.5m일 수 있다. 형성 구역 내의 냉각 섹션의 길이는 0.01 내지 1m, 바람직하게는 0.02 내지 0.5m, 0.05 내지 0.20, 보다 더 바람직하게는 0.05 내지 0.15m일 수 있다. 냉각 섹션에는 하나 이상의 냉각 요소가 장착되어 있다. 냉각 요소는 임의로 냉각될 수 있는 냉각 유체, 예를 들면, 물 또는 다른 냉각제를 포함할 수 있다. 냉각 유체의 온도는 -20 내지 90℃, 바람직하게는 0 내지 35℃일 수 있다.The forming zone may be 0.01 to 1 m long, 0.02 to 0.7 m, preferably 0.05 to 0.5 m long. The length of the cooling section in the forming zone may be 0.01 to 1 m, preferably 0.02 to 0.5 m, 0.05 to 0.20 and even more preferably 0.05 to 0.15 m. The cooling section is equipped with one or more cooling elements. The cooling element may optionally contain a cooling fluid which may be cooled, for example water or another coolant. The temperature of the cooling fluid may be -20 to 90 °C, preferably 0 to 35 °C.

형성 구역에서, 내부 배럴 직경 "D"는 형성 구역의 종료에서의 최종 배럴 내부 직경이 성형 구역의 시작에서의 초기 배럴 내부 직경보다 1.002 내지 1.01배, 1.002 내지 1.009배, 바람직하게는 1.003 내지 1.007배, 가장 바람직하게는 1.004 내지 1.007배 더 크도록 변형되었다. 내부 배럴 직경 D의 구배 변형은 형성 구역에서만 발생할 수 있다. 변형은 형성 구역의 길이의 10 내지 100%, 바람직하게는 30 내지 85%, 바람직하게는 40 내지 75%, 보다 바람직하게는 50 내지 70%의 길이에 걸쳐 발생하며, 연속 방식으로 또는 하나 이상의 단계 변형으로 일어날 수 있다. 상기 퍼센티지는 형성 구역(냉각 섹션 포함)의 전체 길이에 대한 변형된 섹션의 전체 길이의 비로 계산된다. 변형된 섹션의 길이는 배럴의 내부 직경이 형성 구역에서 처음 변형되는 지점부터 냉각 섹션의 출구에서 배럴의 종료 지점까지 측정된다. 구배의 변형은 다이의 수축을 보상할 수 있게 하며, 여기서 금속 합금은 중합체 결합제 및 압출되는 활성 매질보다 더 많이 수축되어 다이에 축적된 압력을 해제한다. 구배 변형이 완료된 후, 형성 구역의 종료에서의 최종 배럴 내부 직경(D2)은 형성 구역의 개시에서의 초기 배럴 내부 직경(D1)보다 크다. D1과 D2 사이의 배럴 내부 직경의 전체 증가율은 0.2 내지 1.0%, 바람직하게는 0.35 내지 0.7%, 가장 바람직하게는 0.4 내지 0.65%이다. 퍼센트 증가율은 다음과 같이 계산된다:In the forming zone, the inner barrel diameter "D" is such that the final barrel inner diameter at the end of the forming zone is 1.002 to 1.01 times, 1.002 to 1.009 times, preferably 1.003 to 1.007 times the initial barrel inner diameter at the beginning of the forming zone. , most preferably 1.004 to 1.007 times larger. Gradient deformation of the inner barrel diameter D can occur only in the forming zone. The deformation occurs over a length of 10 to 100%, preferably 30 to 85%, preferably 40 to 75%, more preferably 50 to 70% of the length of the forming zone, either in a continuous manner or in one or more steps. transformation can occur. The percentage is calculated as the ratio of the total length of the deformed section to the total length of the forming zone (including the cooling section). The length of the deformed section is measured from the point at which the inside diameter of the barrel first deforms in the forming zone to the end of the barrel at the exit of the cooling section. The gradient deformation makes it possible to compensate for the shrinkage of the die, where the metal alloy shrinks more than the polymeric binder and the extruded active medium to release the pressure built up in the die. After the gradient deformation is complete, the final barrel inside diameter at the end of the forming zone (D 2 ) is greater than the initial barrel inside diameter at the beginning of the forming zone (D 1 ). The total increase in barrel inner diameter between D 1 and D 2 is 0.2 to 1.0%, preferably 0.35 to 0.7%, most preferably 0.4 to 0.65%. The percent increase is calculated as:

D의 % 증가율 = 100*(D2 - D1)/D1 % increase in D = 100*(D 2 - D 1 )/D 1

날개형 구역(D1)의 배럴 내부 직경은 바람직하게는 1 내지 50cm, 보다 바람직하게는 3 내지 25cm이다. D1은 100cm 이상으로 클 수 있다. D1은 1 내지 25cm, 3 내지 6cm 또는 4 내지 5cm일 수 있다. 중공 구조의 경우, 상기 구조의 중공의 일반적인 내부 직경은 0.5 내지 45cm이고, 보다 바람직하게는 1 내지 15cm 또는 1 내지 10cm이다.The inside diameter of the barrel of the wing-shaped section D 1 is preferably 1 to 50 cm, more preferably 3 to 25 cm. D 1 can be as large as 100 cm or more. D 1 may be 1 to 25 cm, 3 to 6 cm or 4 to 5 cm. In the case of a hollow structure, the typical inner diameter of the hollow of the structure is 0.5 to 45 cm, more preferably 1 to 15 cm or 1 to 10 cm.

하나의 예시적인 양태에서, 날개형 구역에서의 배럴 내부 직경(D1)은 4.35cm이고, 0.5%의 증분 구배로, 4.372cm의 냉각 섹션의 출구에서의 배럴 내부 직경(D2)으로 변형된다.In one exemplary embodiment, the barrel inside diameter at the winged zone (D 1 ) is 4.35 cm and is transformed with an incremental gradient of 0.5% to a barrel inside diameter (D 2 ) at the exit of the cooling section of 4.372 cm. .

또한, 이러한 유형의 압출기는 블록이 압출기에서 빠져나오는 것을 방지할 수 있는 외부 장치가 장착될 수도 있으며, 상기 외부 장치는 블록을 치밀화하기 위한 배압을 생성하는 데 도움이 된다. 이는 압출 속도에 저항하거나, 압출물 앞에서 중량을 가하거나, 또는 블록을 잡고 스프링의 스프링 상수에 비례하여 압력을 가하는 스프링과 핑거로 구성된 간단한 장치(일명 도넛)에 의해 플라스틱 산업에서 사용되는 일반적인 풀러에 의해 달성될 수 있다. 본 발명의 압출기와 함께 사용될 수 있는 블록을 치밀화하는 데 도움이 되는 배압을 생성하여 보다 더 치밀한 탄소 블록을 생성하는 다른 수단이 존재한다. 가열 구역의 내부 직경 변형을 포함하여 블록을 치밀화하기 위한 내부 디자인 변형을 수행하여 물질의 축적을 생성할 수도 있다. 이 경우, 가열 구역의 종료에서의 배럴의 내부 직경은 가열 구역의 출발에서의 배럴의 내부 직경보다 작다.Extruders of this type may also be equipped with an external device to prevent the block from coming out of the extruder, which external device helps to create a back pressure to densify the block. It is similar to a typical puller used in the plastics industry by a simple device consisting of a spring and fingers (aka donuts) that resist the speed of extrusion, apply a weight in front of the extrudate, or hold the block and apply pressure proportional to the spring constant of the spring. can be achieved by There are other means of producing a more dense carbon block by creating a back pressure that helps to densify the block that can be used with the extruder of the present invention. Internal design modifications to densify the block, including modifications to the inner diameter of the heating zone, may also be performed to create build-up of material. In this case, the inside diameter of the barrel at the end of the heating zone is smaller than the inside diameter of the barrel at the start of the heating zone.

또한, 공급기로 알려진 공급 장비는 일반적으로 압출기와 조합하여 사용되기도 한다. 이들은 대량의 물질을 취하고 상기 물질을 일정한 속도로 압출기에 공급하는 호퍼로 구성된다. 그러나, 일반적인 공급기 호퍼는, 불량한 유동 성질로 인해, 활성 물질 및/또는 중합체 결합제의 미세 입자를 적어도 2wt% 이상 함유하는 활성 매질과 중합체 결합제의 미립자 블렌드를 지속적으로 공급하는 데 문제가 있다. 본 발명자들은 본 발명에 이르러 이러한 문제가 공급기의 호퍼 내부에 오거를 추가함으로써 제거됨을 발견하였으며, 상기 오거는 일관된 공급을 위해 분말을 교반하는 데 도움이 된다.Feeding equipment, also known as a feeder, is also commonly used in combination with an extruder. They consist of a hopper that takes in bulk material and feeds the material to the extruder at a constant rate. However, typical feeder hoppers, due to their poor flow properties, have problems continuously feeding particulate blends of active medium and polymeric binder containing at least 2 wt % or more of fine particles of active material and/or polymeric binder. The present inventors have now discovered that this problem is eliminated by adding an auger inside the feeder's hopper, which helps to agitate the powder for a consistent feed.

마지막으로, 압출기는 압출된 블록을 특정 길이로 절단하는 데 도움이 되는 인라인 블록 절단기로 셋업될 수도 있다.Finally, the extruder can also be set up with an in-line block cutter to help cut the extruded block to a specific length.

압출기의 신규한 본 발명의 디자인으로, PVDF 중합체 결합제를 함유하는 블록을 제조할 때의 재밍 문제가 해결된다. 본 발명의 신규한 압출기 디자인은 압출기 배럴에서의 연속 물질 공급의 일관성도 개선하고, 블록의 완전한 경화를 보장한다. 따라서, 본 발명은 고정된 활성 매질의 블록을 제조하는 매우 생산적이고 일관된 방법을 블록 제조자에게 제공한다.With the novel inventive design of the extruder, the problem of jamming when producing blocks containing PVDF polymeric binders is solved. The novel extruder design of the present invention also improves the consistency of the continuous material feed in the extruder barrel and ensures complete curing of the block. Thus, the present invention provides block manufacturers with a highly productive and consistent method for producing blocks of immobilized active media.

본 발명의 압출기는 활성 매질 및 PVDF 중합체 결합제를 포함하는 블록을 압출하도록 디자인된다.The extruder of the present invention is designed to extrude a block comprising an active medium and a PVDF polymeric binder.

결합제binder

본 발명의 압출기를 사용하여 생성되는 블록 중의 결합제는 폴리(비닐리덴 플루오라이드) PVDF 중합체 결합제를 포함한다. PVDF 중합체 결합제는 단일 PVDF 중합체, 2종 이상의 PVDF 중합체의 블렌드 또는 PVDF 중합체와 다른 중합체, 예를 들면, 폴리에틸렌, 폴리에스테르 또는 임의의 다른 열가소성 중합체와의 블렌드일 수 있다. 일부 양태에서, PVDF 중합체 결합제는 PVDF 결합제와 다른 중합체의 블렌드이고, PVDF는 전체 결합제의 주성분으로, 전체 중합체 결합제를 기준으로 하여, 50% 초과의 PVDF 중합체를 포함한다. 일부 양태에서, PVDF는 주요 성분이 아니고, 블록의 전체 결합제 함량 중 10%로 낮을 수 있다. PVDF 중합체는 비닐리덴 플루오라이드의 단독 중합체 또는 비닐리덴 플루오라이드와 하나 이상의 공단량체의 공중합체이다. 공중합체는 단독 중합체에 비해 용융 온도가 낮고, 모듈러스가 낮다. 결합제의 낮은 용융 온도는 압출기의 잠김 문제를 완화하는 데 도움이 된다.Binders in blocks produced using the extruders of the present invention include poly(vinylidene fluoride) PVDF polymeric binders. The PVDF polymeric binder can be a single PVDF polymer, a blend of two or more PVDF polymers, or a blend of a PVDF polymer with another polymer, such as polyethylene, polyester or any other thermoplastic polymer. In some embodiments, the PVDF polymeric binder is a blend of a PVDF binder with another polymer, wherein the PVDF is a major component of the total binder and comprises greater than 50% PVDF polymer, based on the total polymeric binder. In some embodiments, PVDF is not a major component and can be as low as 10% of the total binder content of the block. PVDF polymers are homopolymers of vinylidene fluoride or copolymers of vinylidene fluoride and one or more comonomers. Copolymers have lower melting temperatures and lower modulus than homopolymers. The lower melting temperature of the binder helps alleviate the extruder locking problem.

바람직한 PVDF 공중합체는 테트라플루오로에틸렌, 트리플루오로에틸렌, 클로로트리플루오로에틸렌, 헥사플루오로프로펜(HFP), 비닐 플루오라이드, 펜타플루오로프로펜, 테트라플루오로프로펜, 트리플루오로프로펜, 퍼플루오로메틸 비닐 에테르, 퍼플루오로프로필 비닐 에테르, (메트)아크릴산, (메트)아크릴레이트 에스테르 및 비닐리덴 플루오라이드와 쉽게 공중합되는 임의의 기타 단량체로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 하나 이상의 공단량체와 공중합되는 비닐리덴 플루오라이드(VDF)를 적어도 50몰%, 바람직하게는 적어도 75몰%, 보다 바람직하게는 적어도 80몰%, 보다 더 바람직하게는 적어도 85몰% 함유하는 것을 포함한다. 공단량체는 바람직하게는 헥사플루오로프로펜이다.Preferred PVDF copolymers are tetrafluoroethylene, trifluoroethylene, chlorotrifluoroethylene, hexafluoropropene (HFP), vinyl fluoride, pentafluoropropene, tetrafluoropropene, trifluoropropene. at least one comonomer selected from the group consisting of pen, perfluoromethyl vinyl ether, perfluoropropyl vinyl ether, (meth)acrylic acid, (meth)acrylate esters, and any other monomer readily copolymerized with vinylidene fluoride. and containing at least 50 mol%, preferably at least 75 mol%, more preferably at least 80 mol%, even more preferably at least 85 mol% of vinylidene fluoride (VDF) copolymerized with. The comonomer is preferably hexafluoropropene.

일 양태에서, 비닐리덴 플루오라이드 중합체는 30wt% 이하, 바람직하게는 25% 이하, 보다 바람직하게는 15% 이하의 HFP 단위 및 70wt% 이상, 바람직하게는 75wt% 이상, 보다 바람직하게는 85wt%의 VDF 단위를 포함한다. PVDF 중합체는 0 내지 30wt%, 바람직하게는 5 내지 20wt%의 HFP 단위를 가질 수 있다.In one embodiment, the vinylidene fluoride polymer is 30 wt% or less, preferably 25% or less, more preferably 15% or less HFP units and 70 wt% or more, preferably 75 wt% or more, more preferably 85 wt% Include VDF units. The PVDF polymer may have 0 to 30 wt%, preferably 5 to 20 wt% of HFP units.

본 발명에 사용되는 PVDF는 일반적으로 수성 자유 라디칼 에멀젼 중합을 사용하여 당업계에 공지된 수단에 의해 생성되지만, 현탁, 용액 및 초임계 CO2 중합 방법이 사용될 수도 있다. 바람직하게는, PVDF는 에멀젼 중합에 의해 생성된다.The PVDF used in the present invention is generally produced by means known in the art using aqueous free radical emulsion polymerization, but suspension, solution and supercritical CO 2 polymerization methods may also be used. Preferably, PVDF is produced by emulsion polymerization.

중합에 사용되는 계면활성제는 과불화, 부분 불화 및 비-불화 계면활성제를 포함하여 PVDF 에멀젼 중합에 유용한 것으로 당업계에 공지된 임의의 계면활성제일 수 있다. 바람직하게는, 본 발명의 PVDF 에멀젼은 플루오로계면활성제-불포함이고, 중합의 어떤 부분에서도 플루오로계면활성제가 사용되지 않는다. PVDF 중합에 유용한 비-불화 계면활성제는 본질적으로 이온성 및 비이온성 모두일 수 있으며, 3-알릴옥시-2-하이드록시-1-프로판 설폰산 염, 폴리비닐포스폰산, 폴리아크릴산, 폴리비닐 설폰산 및 이의 염, 폴리에틸렌 글리콜 및/또는 폴리프로필렌 글리콜 및 이들의 블록 공중합체, 알킬 포스포네이트 및 실록산계 계면활성제를 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 일 양태에서, 에멀젼 중합은 모든 계면활성제의 부재 하에 수행된다.The surfactant used in the polymerization can be any surfactant known in the art to be useful in PVDF emulsion polymerization, including perfluorinated, partially fluorinated and non-fluorinated surfactants. Preferably, the PVDF emulsions of the present invention are fluorosurfactant-free, and no fluorosurfactants are used in any part of the polymerization. Non-fluorosurfactants useful in PVDF polymerization can be both ionic and nonionic in nature, and include 3-allyloxy-2-hydroxy-1-propane sulfonic acid salt, polyvinylphosphonic acid, polyacrylic acid, polyvinyl sulfonic acid. phonic acids and salts thereof, polyethylene glycol and/or polypropylene glycol and block copolymers thereof, alkyl phosphonates and siloxane-based surfactants. In one aspect, the emulsion polymerization is conducted in the absence of any surfactant.

라텍스 중합체 결합제는 일반적으로 분무 건조, 응고 또는 기타 공지된 방법에 의해 분말 형태로 환원되어 건조 분말로 생성된다. 분말 형상 및 입자 크기는 밀링과 같은 임의의 알려진 공정에 의해 변형될 수 있다.The latex polymer binder is generally reduced to powder form by spray drying, coagulation or other known methods to produce a dry powder. Powder shape and particle size can be modified by any known process such as milling.

개별 PVDF 결합제 입자들은 일반적으로 평균 개별 입자 크기로 5 내지 700nm, 바람직하게는 50 내지 500nm, 보다 바람직하게는 100 내지 300nm이다. 일부 경우에, 개별 중합체 입자들은 1 내지 150㎛ 그룹화, 3 내지 50㎛, 바람직하게는 5 내지 15㎛ 응집체로 응집될 수 있다. 이러한 응집체들 중 일부는 물품으로 가공하는 동안 개별 입자 또는 피브릴로 분해될 수 있음이 밝혀졌다. 결합제 입자들 중 일부는 개별 입자이고, 형성되는 블록 물품에 개별 입자로 남아 있다. 블록 물품으로 가공하는 동안, 입자는 활성 매질에 함께 인접하여 상호 연결성을 제공한다.The individual PVDF binder particles generally have an average individual particle size of 5 to 700 nm, preferably 50 to 500 nm, more preferably 100 to 300 nm. In some cases, individual polymer particles may be aggregated into 1-150 μm groupings, 3-50 μm, preferably 5-15 μm aggregates. It has been found that some of these aggregates can break down into individual particles or fibrils during processing into articles. Some of the binder particles are discrete particles and remain discrete particles in the block article being formed. During processing into block articles, the particles are adjacent together in the active medium to provide interconnectivity.

활성 매질의 표면적이 더 많이 노출되고, 예를 들면, 여과 또는 흡착 동안 유체와 상호 작용할 수 있게 하기 때문에, 활성 물질을 함께 유지하는 데 필요한 만큼 적은 양의 결합제를 사용하는 것이 중요하다. PVDF 중합체의 한 가지 이점은 이들이 적어도 약 1.75g/cc, 바람직하게는 적어도 약 1.77g/cc의 매우 높은 비중을 갖는다는 점이다. 따라서, 필요한 결합제의 낮은 중량 퍼센트는 훨씬 더 낮은 체적 퍼센트를 나타낸다.It is important to use as little binder as necessary to hold the active material together, as it exposes more surface area of the active medium and allows it to interact with the fluid during, for example, filtration or adsorption. One advantage of PVDF polymers is that they have a very high specific gravity of at least about 1.75 g/cc, preferably at least about 1.77 g/cc. Thus, the low weight percent of binder required represents a much lower volume percent.

PVDF 중합체의 분자량은 특별히 제한되지 않는다. 결합제가 활성 매질 내로 유동하지 않고, 하나의 경우에 활성탄의 높은 표면적을 파울링시키는 것을 돕기 위해, 분자량이 높은 것이 바람직하다. 중합체의 용융 점도는 바람직하게는 1 내지 100kP, 바람직하게는 5 내지 80kP, 5 내지 60kP, 가장 바람직하게는 15 내지 50kP이다. 중합체의 용융 점도는 232℃ 및 100sec-1에서 모세관 레오메트리에 의해 ASTM D3835에 따라 측정된다.The molecular weight of the PVDF polymer is not particularly limited. A high molecular weight is preferred so that the binder does not flow into the active medium and in one case helps to foul the high surface area of the activated carbon. The melt viscosity of the polymer is preferably 1 to 100 kP, preferably 5 to 80 kP, 5 to 60 kP, most preferably 15 to 50 kP. The melt viscosity of the polymer is measured according to ASTM D3835 by capillary rheometer at 232° C. and 100 sec −1 .

활성 매질active medium

사용되는 활성 매질은 블록 제품에 사용되는 것으로 알려진 것들이다. 블록 제품은 올바른 활성 매질을 선택하여 여과, 예를 들면, 물 여과에 사용될 수 있거나, 유체(기체 또는 액체)의 운송, 저장, 분리, 세정에 사용될 수 있다. 활성 매질 입자는 특별히 제한되지 않는다. 활성 매질의 예에는 활성탄, 흑연, 분자체, 금속 및 유도체, 살균제, 중금속 제거제의 분말 입자 또는 섬유 및 이들의 조합이 포함되지만 이에 제한되지 않는다. 하나의 바람직한 활성 매질은 활성탄이다.The active media used are those known to be used in block products. Block products can be used for filtration, eg water filtration, by choosing the right active medium, or they can be used for transport, storage, separation, cleaning of fluids (gases or liquids). Active medium particles are not particularly limited. Examples of active media include, but are not limited to, powdered particles or fibers of activated carbon, graphite, molecular sieves, metals and derivatives, bactericides, heavy metal scavengers, and combinations thereof. One preferred active medium is activated carbon.

본 발명의 활성 매질 입자는 일반적으로 직경이 0.1 내지 3,000㎛, 바람직하게는 1 내지 500㎛, 가장 바람직하게는 5 내지 100㎛의 크기 범위이다. 특정 양태에서, 활성 매질 입자는 예를 들면, 평균 입자 크기가 100㎛ 미만인 일부 입자 및 평균 입자 크기가 200㎛ 초과인 일부 입자를 갖는 다중모드 입자 크기 분포를 갖는다. 활성 매질 입자는 길이 대 폭의 비가 본질적으로 무제한인 직경이 0.1 내지 250㎛인 섬유 형태일 수도 있다. 섬유는 바람직하게는 길이가 5mm 이하로 촙핑(chopped)된다.The active medium particles of the present invention generally range in size from 0.1 to 3,000 μm in diameter, preferably from 1 to 500 μm and most preferably from 5 to 100 μm. In certain embodiments, the active medium particles have a multimodal particle size distribution, for example, with some particles having an average particle size less than 100 μm and some particles having an average particle size greater than 200 μm. The active medium particles may also be in the form of fibers having a diameter of 0.1 to 250 μm with an essentially unlimited length-to-width ratio. The fibers are preferably chopped to 5 mm or less in length.

활성 매질 섬유 또는 분말은 분말 혼합물이 가열되게 하기에 충분한 열 전도성을 가져야 한다. 또한, 압출 공정에서 입자 및 섬유는 PVDF 중합체 결합제의 융점보다 충분히 높은 융점을 가져, 두 물질이 모두 용융되는 것을 방지하고, 일반적으로 원하는 다중상 시스템이 아닌 연속적인 용융 상을 생성한다.The active media fibers or powders must have sufficient thermal conductivity to allow the powder mixture to heat up. In addition, the particles and fibers in the extrusion process have a melting point sufficiently higher than that of the PVDF polymeric binder to prevent both materials from melting and create a continuous molten phase rather than the generally desired multiphase system.

공정process

PVDF 중합체 결합제 및 활성 매질은 블렌딩되고 가공될 수 있다. PVDF 중합체 결합제는 일반적으로 활성 매질과 건조 블렌딩될 수 있는 분말 형태이다. 활성 매질 및 PVDF 중합체 결합제의 총 중량을 기준으로 하여, 바람직하게는, 0.5 내지 35wt%, 바람직하게는 1 내지 30wt%, 보다 바람직하게는 3 내지 25wt%의 PVDF 중합체 결합제가 블록 제품에 사용된다. PVDF의 중량 퍼센트는, 활성 매질과 PVDF 중합체 결합제의 총 중량을 기준으로 하여, 1 내지 10wt%일 수 있다.The PVDF polymeric binder and active medium can be blended and processed. PVDF polymeric binders are generally in powder form that can be dry blended with the active medium. Preferably, from 0.5 to 35 wt %, preferably from 1 to 30 wt %, more preferably from 3 to 25 wt % of the PVDF polymer binder is used in the block product, based on the total weight of the active medium and PVDF polymer binder. The weight percent of PVDF, based on the total weight of active medium and PVDF polymeric binder, can be from 1 to 10 wt%.

매우 치밀한 블록이 필요한 경우, 고압에서의 압출 공정이 사용될 수 있다. 압출 공정은, 중합체 결합제 입자를 연화시키지만 다른 중합체 입자와 접촉하여 응집체 또는 연속 층을 형성할 정도로 용융 및 유동하지 않는 방식으로 실시된다. 고려되는 최종 용도에서 효과적으로 되기 위해, 중합체 결합제는 우수한 투과성을 위해 활성 매질 입자를 상호 연결된 웹에 결합시키는 개별 중합체 입자들로 남아 있다. 결합제를 용해시키는 용매는 본 발명에서는 사용되지 않는데, 그 이유는 입자가 용해되어 활성 매질 입자 위에 연속 코팅을 형성함에 따라 용매 시스템에 개별 중합체 입자가 더 이상 존재하지 않기 때문이다. 연속 코팅은 유체와 활성 입자의 상호 작용에 사용할 수 있는 활성화된 표면적의 양을 줄여, 전반적인 효율성을 감소시킬 수 있다.If a very dense block is required, an extrusion process at high pressure may be used. The extrusion process is carried out in such a way that it softens the polymeric binder particles but does not melt and flow to the extent of contacting other polymeric particles to form agglomerates or continuous layers. To be effective in contemplated end uses, the polymer binder remains discrete polymer particles that bind the active medium particles to an interconnected web for good permeability. A solvent that dissolves the binder is not used in the present invention because the individual polymer particles are no longer present in the solvent system as the particles dissolve to form a continuous coating over the active medium particles. Continuous coatings reduce the amount of activated surface area available for active particle interaction with the fluid, which can reduce overall efficiency.

활성 매질 및 중합체 결합제는 압출 공정에서 블록 물품으로 형성된다. 본 발명의 블록은 압출 공정에 의해 형성된다. 탄소 블록에 대한 일반적인 압출 공정은 US 5,331,037에 개시되어 있다. US 5,331,037은 짧은 비날개형 가열 구역을 갖는 배럴이 있는 압출기를 사용하여 폴리에틸렌 결합제로 만든 블록의 압출을 개시한다. PVDF는 사용 가능한 결합제로 언급되지 않는다.The active medium and polymer binder are formed into block articles in an extrusion process. The blocks of the present invention are formed by an extrusion process. A general extrusion process for carbon blocks is disclosed in US 5,331,037. US 5,331,037 discloses the extrusion of a block made of a polyethylene binder using an extruder with a barrel having a short unbladed heating zone. PVDF is not mentioned as a usable binder.

본 발명의 중합체 결합제/활성 매질 복합체는 일반적으로, 임의로 다른 첨가제, 예를 들면, 가공 조제와 함께 건식 블렌딩되고 압출된다. 열, 압력 및 전단 하의 연속 압출은 무한 길이의 3차원 다중상 프로파일 구조를 생성할 수 있다. 활성 매질 입자에 대한 결합제의 강제 점 결합의 연속 웹이 압출기 조건 하에 형성된다.The polymeric binder/active medium composites of the present invention are generally dry blended and extruded, optionally along with other additives such as processing aids. Continuous extrusion under heat, pressure and shear can produce three-dimensional multiphase profile structures of infinite length. A continuous web of forced point bonds of binder to the active medium particles is formed under extruder conditions.

압출 공정은 연속 블록 구조를 원하는 임의의 직경 및 길이로 생성할 수 있다. 올바른 제조 장비를 사용하면 1cm 내지 수백 m의 길이가 생성 가능하다. 이후, 연속 고체 블록을 원하는 최종 길이로 절단할 수 있다. 블록은 고체 또는 중공형일 수 있다. 블록의 일반적인 외부 직경은 바람직하게는 1 내지 50cm, 보다 바람직하게는 3 내지 25cm이지만, 적절한 크기의 다이(들)를 사용하면 최대 100cm 이상의 더 큰 직경 구조를 생산할 수 있다. 중공 구조의 경우, 일반적인 내부 직경은 0.5 내지 45cm, 보다 바람직하게는 1 내지 15cm 또는 1 내지 10cm이다.The extrusion process can produce continuous block structures of any desired diameter and length. Lengths from 1 cm to hundreds of meters can be produced using the right manufacturing equipment. The continuous solid block can then be cut to the desired final length. Blocks can be solid or hollow. The typical outer diameter of the block is preferably 1 to 50 cm, more preferably 3 to 25 cm, although larger diameter structures up to 100 cm or more can be produced using appropriately sized die(s). For hollow structures, typical internal diameters are 0.5 to 45 cm, more preferably 1 to 15 cm or 1 to 10 cm.

단일 구조에 대한 대안은 2개 이상의 구조, 고체 막대, 및 더 큰 구조를 형성하기 위해 함께 중첩되도록 디자인된 하나 이상의 중공 블록 실린더를 형성하는 것이다. 각각의 환형 또는 막대 형상의 블록 컴포넌트가 형성되면 컴포넌트들을 함께 중첩하여 더 큰 구조를 형성할 수 있다. 이러한 공정은 단일 대형 구조의 압출에 비해 몇 가지 이점을 제공할 수 있다. 단면 직경이 더 작은 블록은 큰 고체의 단일 패스 블록을 생성하는 것보다 더 빠른 속도로 생성할 수 있다. 냉각 프로파일은 더 작은 단면 조각 각각에 대해 보다 더 잘 제어될 수 있다. 이러한 개념의 추가의 이점은, 동심원 블록들 사이의 간격이 기체의 빠른 유동을 위한 채널 역할을 할 수 있기 때문에, 모놀리스를 통한 가스 확산 경로 길이가 감소될 수 있다는 것이다.An alternative to a single structure is to form two or more structures, a solid rod, and one or more hollow block cylinders designed to overlap together to form a larger structure. Once each annular or bar-shaped block component is formed, the components can be nested together to form a larger structure. This process can offer several advantages over the extrusion of a single large structure. Blocks with smaller cross-sectional diameters can be produced at a higher rate than can be produced with large solid, single-pass blocks. The cooling profile can be better controlled for each smaller cross-section piece. An additional benefit of this concept is that the length of the gas diffusion path through the monolith can be reduced because the spacing between the concentric blocks can serve as a channel for the rapid flow of gas.

성질Property

본 발명에 의해 형성된 물품은 고품질의 견고한 활성 매질과 결합제의 블록 구조이다. 블록의 밀도는 미세 조정될 수 있으며, 예를 들면, 블록 효율성을 최대화하기 위해 활성 매질의 체적을 최대화하기 위해 매우 높을 수 있다.The article formed by the present invention is a block structure of a high quality, robust active medium and a binder. The density of the block can be fine-tuned and, for example, can be very high to maximize the volume of active medium to maximize block efficiency.

본 발명의 압출기는 밀도가 0.95g/cc 이하인 블록을 제공한다. 바람직하게는, 블록 제품의 밀도는 0.50 내지 0.90g/cc, 보다 바람직하게는 0.65 내지 0.85g/cc일 수 있다.The extruder of the present invention provides a block having a density of 0.95 g/cc or less. Preferably, the block product may have a density of 0.50 to 0.90 g/cc, more preferably 0.65 to 0.85 g/cc.

본 발명의 압출기는, 조성물 입자와 압출기 벽의 감소된 마찰로 인해, 높은 생산성을 제공한다. 본 발명의 압출기는 분당 최대 0.5 내지 50cm, 바람직하게는 분당 최대 1 내지 30cm의 압출 블록의 생산을 제공할 수 있다.The extruder of the present invention provides high productivity due to reduced friction between the composition particles and the extruder walls. The extruder of the present invention can provide production of extruded blocks at a maximum of 0.5 to 50 cm per minute, preferably at most 1 to 30 cm per minute.

가열 구역의 온도는 일반적으로 결합제의 연화 온도에 의해 결정되며, 일반적으로는 결합제의 용융 온도보다 20℃ 아래 내지 결합제의 용융 온도보다 80℃ 위이다. 예를 들면, 상기 온도는 일반적으로 130 내지 260℃이고, 170 내지 230℃일 수 있다. 상기 온도는 중합체 결합제에 따라 상기 예보다 낮거나 높을 수 있다.The temperature of the heating zone is generally determined by the softening temperature of the binder and is generally from 20° C. below the melting temperature of the binder to 80° C. above the melting temperature of the binder. For example, the temperature is generally 130 to 260 °C, and may be 170 to 230 °C. The temperature may be lower or higher than the example above depending on the polymeric binder.

본 발명의 신규한 압출기 배럴은 전통적인 압출기를 사용할 때 경험하는 잠김 문제를 최소화하면서 달성되는 PVDF 중합체 결합제를 사용하여 미세 입자로 연속 압출을 제공한다.The novel extruder barrel of the present invention provides continuous extrusion with fine particles using a PVDF polymeric binder that is achieved while minimizing the locking problems experienced when using traditional extruders.

실시예:Example:

실시예 1Example 1

압출기 배럴은 1m의 날개형 가열 구역, 0.115m의 냉각 섹션을 갖는 0.23m의 형성 구역을 포함한다. 날개형 구역의 초기 배럴 내부 직경은 D1 = 4.35cm이고, 압출기 출구에서의 최종 배럴 내부 직경은 D2 = 4.372cm(0.5% 변형율)이다. 내부 직경의 변형은 0.172m의 비날개형 형성 구역의 길이를 따라 발생한다. 배럴에는 중공 실린더 블록을 압출하기 위한 내부 막대가 장착되어 있다. 막대 직경은 중공 블록 내부 직경과 동일하며, ID = 1.9cm이다. 쓰레드 갭(thread gap)은 4cm이다(CrMoAl로 제작).The extruder barrel includes a 0.23 m forming zone with a 1 m winged heating zone, a 0.115 m cooling section. The initial barrel inner diameter of the vane zone is D 1 = 4.35 cm, and the final barrel inner diameter at the extruder exit is D 2 = 4.372 cm (0.5% strain). The deformation of the inner diameter occurs along the length of the winged formation zone of 0.172 m. The barrel is equipped with an inner rod for extruding the hollow cylinder block. The rod diameter is equal to the hollow block inner diameter, ID = 1.9 cm. The thread gap is 4 cm (made of CrMoAl).

제형은 8%(중량 기준)의 결합제(Kyblock® FG-81) 및 92%(중량 기준)의, Jaccobi의 80*325 크기의 활성탄을 함유한다.The formulation contains 8% (by weight) binder (Kyblock® FG-81) and 92% (by weight) 80*325 sized activated carbon from Jaccobi.

가공 조건은 다음과 같다:The processing conditions are as follows:

A. 결합제와 카본을 회전 믹서에서 저속으로 1시간 동안 혼합한다. A. Mix the binder and carbon in a rotary mixer at low speed for 1 hour.

B. 압출 조건: 190℃, 200℃, 150℃, 105℃(T1 T2 T3 & T4) B. Extrusion conditions: 190℃, 200℃, 150℃, 105℃ (T1 T2 T3 & T4)

생성된 블록은 밀도가 0.75g/㎤였다(블록이 냉각된 후 중량/체적으로 측정됨). 블록 생산을 위한 라인 속도는 8cm/min이다.The resulting block had a density of 0.75 g/cm (measured as weight/volume after the block had cooled). The line speed for block production is 8 cm/min.

블록 밀도는 기계적 강도를 나타내며, 공정의 안정성을 나타낸다. 압출기는 어떠한 문제도 없이 3시간 동안 실행되었다(잠김 없음). 이는, D1 = 4.35cm의 일정한 내부 직경을 갖는 변형되지 않은 배럴을 사용하여 동일한 블록 조성물이 압출기에서 실행되는 경우와 대조된다. 변형되지 않은 배럴의 경우, 처음 30분 이내에 압출기가 잠기고, 블록이 배럴 내부에 끼었다.Block density indicates mechanical strength and indicates the stability of the process. The extruder ran for 3 hours without any problems (no locking). This contrasts with the case where the same block composition is run in an extruder using an undeformed barrel with a constant inside diameter of D 1 =4.35 cm. In the case of the undeformed barrel, the extruder locked up within the first 30 minutes and the block got stuck inside the barrel.

실시예 2Example 2

압출기 배럴은 실시예 1과 동일하다.The extruder barrel is the same as in Example 1.

제형은 25%(중량 기준)의 결합제(Kyblock® FX-415) 및 75%(중량 기준)의, Jacobi의 80*325 크기의 활성탄을 함유한다.The formulation contains 25% (by weight) binder (Kyblock® FX-415) and 75% (by weight) Jacobi's 80*325 sized activated carbon.

가공 조건은 다음과 같다:The processing conditions are as follows:

A. 결합제와 카본을 회전 믹서에서 저속으로 1시간 동안 혼합한다. A. Mix the binder and carbon in a rotary mixer at low speed for 1 hour.

B. 압출 조건: 4개의 가열 구역: 170℃, 180℃, 150℃, 105℃(T1 T2 T3 & T4); B. Extrusion conditions: 4 heating zones: 170°C, 180°C, 150°C, 105°C (T1 T2 T3 &T4);

생성된 블록은 밀도가 0.8g/㎤였다(블록이 냉각된 후 중량/체적으로 측정됨). 블록 생산을 위한 라인 속도는 8cm/min이다.The resulting block had a density of 0.8 g/cm (measured as weight/volume after the block had cooled). The line speed for block production is 8 cm/min.

블록 밀도는 기계적 강도를 나타내며, 공정의 안정성을 나타낸다.Block density indicates mechanical strength and indicates the stability of the process.

압출기는 어떠한 문제도 없이 3시간 동안 실행되었다(잠김 없음). 실시예 1에서와 같이, 이는 압출기의 잠김으로 이어지는 변형되지 않은 배럴의 경우와 대조된다.The extruder ran for 3 hours without any problems (no locking). As in Example 1, this contrasts with the case of an undeformed barrel leading to submersion of the extruder.

실시예 3Example 3

8%(중량 기준)의 결합제(Kyblock® FG-81) 및 92%(중량 기준)의, Jaccobi의 80*325 크기의 활성탄을 함유하는 분말 블렌드를 2개의 상이한 공급기를 사용하여 압출기 배럴에 공급하였다. 모든 결합제는 미세 입자로 간주되며, 이는 일반적인 공급기 장치에서 전체 분말 블렌드의 유동을 손상시키는 경향이 있다. 단순한 호퍼 디자인(오거 없음)으로 만든 표준 공급기를 사용한 하나의 비교 사례에서는, 분말 블렌드의 압출기 배럴로의 공급이 일관되지 않다. 분말은 호퍼 벽 및 분말 그 자체 모두에 부착되는 경향이 있어, "정지 및 이동" 공급 프로필이 생성된다. 공급기의 호퍼를 오거로 변형한 경우에는, 어떠한 비일관성도 없이 분말을 일정한 속도로 공급하였다. 오거로 변형된 공급기의 호퍼를 사용하는 것이 2% 초과의 미세 입자를 포함하는 제형을 압출기로 일관되게 공급되게 하는 것이 핵심이다. 양질의 탄소 블록 제품을 만들기 위해서는 일관된 분말 공급과 변형된 압출기 배럴의 조합이 필요하다.A powder blend containing 8% (by weight) of binder (Kyblock® FG-81) and 92% (by weight) of Jaccobi's 80*325 sized activated carbon was fed to the extruder barrel using two different feeders. . All binders are considered fine particles, which tend to impair the flow of the whole powder blend in common feeder equipment. In one comparative case using a standard feeder made with a simple hopper design (no auger), the feed of the powder blend into the extruder barrel is inconsistent. The powder tends to adhere to both the hopper wall and the powder itself, creating a "stand-and-go" feed profile. When the hopper of the feeder was modified with an auger, the powder was fed at a constant rate without any inconsistencies. The use of the feeder's hopper modified with an auger is key to consistently feeding formulations containing greater than 2% fines into the extruder. A combination of a consistent powder feed and a modified extruder barrel is required to produce a quality carbon block product.

Claims (32)

활성 매질과 PVDF 중합체 결합제의 블록을 제조하기 위한 압출기로서, 날개형(flighted) 가열 구역 및 비날개형 형성 구역을 포함하는 압출기 배럴을 포함하고, 상기 비날개형 형성 구역은 냉각 섹션을 포함하고,
상기 가열 구역은 상기 형성 구역보다 더 길고,
상기 압출기 배럴의 내부 직경 "D"는 비날개형 형성 구역에서 D1에서 D2로 증가하고, D1과 D2 사이의 직경의 변화율이 0.2 내지 1.0%이고,
상기 가열 구역의 길이 대 상기 형성 구역의 길이의 비가 20:1 내지 5:4인, 압출기.
An extruder for producing a block of an active medium and a PVDF polymeric binder comprising an extruder barrel comprising a flighted heating zone and an unwinged forming zone, the winged forming zone comprising a cooling section,
the heating zone is longer than the forming zone;
The inner diameter “D” of the extruder barrel increases from D 1 to D 2 in the unwinged forming zone, and the change rate of the diameter between D 1 and D 2 is 0.2 to 1.0%;
wherein the ratio of the length of the heating zone to the length of the forming zone is from 20:1 to 5:4.
제1항에 있어서, 상기 형성 구역에서 직경 D1의 D2로의 증가율이 0.2 내지 0.9%, 바람직하게는 0.35 내지 0.70%인, 압출기.The extruder according to claim 1, wherein the rate of increase of diameter D 1 to D 2 in the forming zone is between 0.2 and 0.9%, preferably between 0.35 and 0.70%. 제2항에 있어서, 직경 D1에서 D2로의 증가율이 0.4 내지 0.65%인, 압출기.3. The extruder according to claim 2, wherein the rate of increase in diameter D 1 to D 2 is 0.4 to 0.65%. 제1항에 있어서, D1에서 D2로의 직경의 변화가 상기 형성 구역의 길이의 10 내지 100%, 바람직하게는 30 내지 85%, 바람직하게는 40 내지 75%에 걸쳐 발생하는, 압출기.The extruder according to claim 1, wherein the change in diameter from D 1 to D 2 occurs over 10 to 100%, preferably 30 to 85%, preferably 40 to 75% of the length of the forming zone. 제1항에 있어서, 상기 가열 구역의 길이 대 형성 구역의 길이의 비가 바람직하게는 10:1 내지 5:4인, 압출기.2. The extruder according to claim 1, wherein the ratio of the length of the heating zone to the length of the forming zone is preferably from 10:1 to 5:4. 제1항에 있어서, 상기 가열 구역의 길이가 0.25 내지 2.0m, 바람직하게는 0.5 내지 1.5m이고, 상기 가열 구역이 1 내지 10개의 가열 섹션을 포함하는, 압출기.The extruder according to claim 1, wherein the length of the heating zone is 0.25 to 2.0 m, preferably 0.5 to 1.5 m, and the heating zone comprises 1 to 10 heating sections. 제1항에 있어서, 상기 형성 구역의 길이가 0.01 내지 1m, 바람직하게는 0.02 내지 0.5m인, 압출기.The extruder according to claim 1, wherein the length of the forming zone is between 0.01 and 1 m, preferably between 0.02 and 0.5 m. 제1항에 있어서, 상기 형성 구역의 길이가 0.05 내지 0.2m, 바람직하게는 0.05 내지 0.15m인, 압출기.The extruder according to claim 1, wherein the length of the forming zone is between 0.05 and 0.2 m, preferably between 0.05 and 0.15 m. 제1항에 있어서, 상기 냉각 섹션의 길이가 0.01 내지 1m, 바람직하게는 0.02 내지 0.5m인, 압출기.The extruder according to claim 1, wherein the length of the cooling section is between 0.01 and 1 m, preferably between 0.02 and 0.5 m. 제1항에 있어서, 상기 냉각 섹션의 길이가 0.05 내지 0.2m, 바람직하게는 0.05 내지 0.15m인, 압출기.The extruder according to claim 1, wherein the length of the cooling section is between 0.05 and 0.2 m, preferably between 0.05 and 0.15 m. 제1항에 있어서, 상기 냉각 섹션이 상기 형성 구역의 길이의 20 내지 100%, 바람직하게는 50 내지 99%를 구성하는, 압출기.2. The extruder according to claim 1, wherein the cooling section constitutes 20 to 100%, preferably 50 to 99%, of the length of the forming section. 제1항에 있어서, 상기 날개형 구역에서의 상기 배럴의 내부 직경 "D"가 1 내지 50cm, 보다 바람직하게는 3 내지 25cm인, 압출기.2. The extruder according to claim 1, wherein the inner diameter "D" of the barrel in the vane-shaped section is from 1 to 50 cm, more preferably from 3 to 25 cm. 제1항에 있어서, 상기 날개형 구역에서의 상기 배럴의 내부 직경 "D"가 1 내지 25cm, 바람직하게는 3 내지 6cm인, 압출기.2. The extruder according to claim 1, wherein the inside diameter "D" of the barrel in the vane-shaped section is between 1 and 25 cm, preferably between 3 and 6 cm. 제1항에 있어서, 상기 압출기가 공급기 호퍼(feeder hopper)를 추가로 포함하고, 상기 공급기 호퍼가 오거(auger)를 포함하는, 압출기.The extruder of claim 1 , wherein the extruder further comprises a feeder hopper, wherein the feeder hopper comprises an auger. 제1항에 있어서, 상기 압출기가 외부 배압 장치를 추가로 포함하는, 압출기.The extruder of claim 1 , wherein the extruder further comprises an external back pressure device. 제15항에 있어서, 상기 외부 배압 장치가 풀러(puller), 웨이트(weight), 및 상기 블록에 부착되는 스프링 및 핑거로 구성된 도넛 장치(donut device)로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는, 압출기.16. The extruder according to claim 15, wherein the external back pressure device is selected from the group consisting of a puller, a weight, and a donut device consisting of a spring attached to the block and a finger. 활성 매질과 PVDF 중합체 결합제의 블록을 압출하는 방법으로서,
PVDF 중합체를 포함하는 PVDF 중합체 결합제 및 활성 매질을 제공하는 단계,
상기 PVDF 중합체 결합제 및 활성 매질을 제1항에 기재된 압출기에 공급하는 단계 및
생성된 PVDF 중합체 결합제와 활성 매질의 블렌드를 압출하여 고정된 매질의 블록을 형성하는 단계를 포함하는, 방법.
A method of extruding a block of active medium and PVDF polymer binder,
providing a PVDF polymer binder comprising a PVDF polymer and an active medium;
feeding the PVDF polymer binder and active medium to the extruder according to claim 1; and
extruding the resulting blend of PVDF polymeric binder and active medium to form a block of fixed medium.
탄소 블록을 압출하는 방법으로서,
PVDF 중합체 결합제 및 활성 매질을 제공하는 단계,
압출기 배럴을 포함하는 압출기를 제공하는 단계로서, 상기 압출기 배럴은 날개형 가열 구역 및 비날개형 형성 구역을 포함하고, 상기 형성 구역은 냉각 섹션을 포함하고, 상기 가열 구역의 길이 대 상기 형성 구역의 길이의 비가 20:1 내지 5:4이고, 상기 압출기 배럴의 내부 직경 "D"는 상기 형성 구역에서 D1에서 D2로 증가하고, D1과 D2 사이의 직경의 변화율이 0.2 내지 0.9%인, 상기 압출기를 제공하는 단계,
상기 PVDF 중합체 결합제 및 활성 매질을 상기 압출기에 공급하는 단계 및
상기 PVDF 중합체 결합제 및 활성 매질의 블렌드를 압출하여 고정된 매질의 블록을 형성하는 단계를 포함하는, 방법.
As a method of extruding a carbon block,
providing a PVDF polymer binder and an active medium;
providing an extruder comprising an extruder barrel, the extruder barrel comprising a vane-shaped heating zone and an unwinged forming zone, the forming zone comprising a cooling section, wherein the ratio of the length of the heating zone to the forming zone The length ratio is 20:1 to 5:4, the inner diameter “D” of the extruder barrel increases from D 1 to D 2 in the forming zone, and the change rate of the diameter between D 1 and D 2 is 0.2 to 0.9%. phosphorus, providing the extruder;
feeding the PVDF polymer binder and active medium into the extruder; and
extruding the blend of the PVDF polymeric binder and active medium to form a block of fixed medium.
제17항 또는 제18항에 있어서, PVDF 중합체를 포함하는 상기 PVDF 중합체 결합제 및 활성 매질이 상기 압출기에 공급되기 전에 블렌딩되는, 방법.19. The method of claim 17 or 18, wherein the PVDF polymer binder comprising PVDF polymer and the active medium are blended before being fed into the extruder. 제17항 또는 제18항에 있어서, 상기 가열 구역의 온도가 상기 결합제의 용융 온도보다 20℃ 아래 내지 상기 결합제의 용융 온도보다 80℃ 위인, 방법.19. The method of claim 17 or 18, wherein the temperature of the heating zone is between 20°C below the melting temperature of the binder and 80°C above the melting temperature of the binder. 제17항 또는 제18항에 있어서, 상기 가열 구역의 온도가 130 내지 260℃, 바람직하게는 170 내지 230℃인, 방법.19. The method according to claim 17 or 18, wherein the temperature of the heating zone is from 130 to 260 °C, preferably from 170 to 230 °C. 제17항 또는 제18항에 있어서, 상기 결합제가, 용융 점도가 5 내지 80kP인, 바람직하게는 15 내지 50kP인 VDF/HFP 공중합체를 포함하는, 방법.19. The method according to claim 17 or 18, wherein the binder comprises a VDF/HFP copolymer having a melt viscosity of 5 to 80 kP, preferably 15 to 50 kP. 제17항 또는 제18항에 있어서, 상기 PVDF 중합체가 5 내지 20wt%의 HFP를 포함하는, 방법.19. The method of claim 17 or 18, wherein the PVDF polymer comprises 5 to 20 wt% HFP. 제17항 또는 제18항에 있어서, 활성 매질과 중합체 결합제의 배합물이 적어도 2wt%의 미세 입자들을 함유하는, 방법.19. The method of claim 17 or 18, wherein the combination of active medium and polymeric binder contains at least 2 wt % of fine particles. 제17항 또는 제18항에 있어서, 상기 PVDF 중합체가, 평균 개별 입자 크기로서 크기가 50 내지 500nm인 개별 PVDF 중합체 입자들을 포함하고, 상기 개별 중합체 입자들의 응집체의 크기가, 전자 주사 현미경으로 측정시, 1 내지 150㎛, 바람직하게는 3 내지 50㎛인, 방법.19. The method of claim 17 or 18, wherein the PVDF polymer comprises individual PVDF polymer particles having an average individual particle size of from 50 to 500 nm, wherein the size of the agglomerates of the individual polymer particles, as measured by scanning electron microscopy, is , 1 to 150 μm, preferably 3 to 50 μm. 제17항 또는 제18항에 있어서, 상기 PVDF 중합체 결합제가, 적어도 20%, 바람직하게는 적어도 50%, 그리고 100wt% 이하의 미세 입자들을 함유하는, 방법.19. The method according to claim 17 or 18, wherein the PVDF polymer binder contains at least 20%, preferably at least 50% and no more than 100 wt% of fine particles. 제17항 또는 제18항에 있어서, 수착제(sorbent)가 활성탄을 포함하는, 방법.19. The method of claim 17 or 18, wherein the sorbent comprises activated carbon. 제17항 또는 제18항에 있어서, 상기 결합제가, 상기 결합제와 수착제의 총 중량을 기준으로 하여, 1 내지 30wt%, 바람직하게는 1 내지 10wt%를 구성하는, 방법.19. The method according to claim 17 or 18, wherein the binder constitutes 1 to 30 wt %, preferably 1 to 10 wt %, based on the total weight of the binder and sorbent. 제17항 또는 제18항에 있어서, 활성 매질과 PVDF 중합체 결합제의 블록의 밀도가 0.95g/cc 이하, 바람직하게는 0.50 내지 0.90g/cc, 보다 바람직하게는 0.65 내지 0.85g/cc인, 방법.19. The process according to claim 17 or 18, wherein the density of the active medium and the block of PVDF polymer binder is less than or equal to 0.95 g/cc, preferably from 0.50 to 0.90 g/cc, more preferably from 0.65 to 0.85 g/cc. . 제17항 또는 제18항에 있어서, 상기 압출기가 0.5 내지 50cm의 압출된 블록/min의 속도, 바람직하게는 0.5 내지 30cm의 압출된 블록/min의 속도로 활성 매질과 PVDF 중합체 결합제의 블록을 생산할 수 있는, 방법.19. The method according to claim 17 or 18, wherein the extruder is capable of producing blocks of active medium and PVDF polymer binder at a rate of 0.5 to 50 cm extruded blocks/min, preferably 0.5 to 30 cm extruded blocks/min. can, how. 제17항 또는 제18항에 있어서, 상기 가열 구역의 길이가 0.25 내지 2m, 바람직하게는 0.5 내지 1.5m이고,
상기 형성 구역의 길이가 0.075 내지 0.20m이고, 상기 냉각 섹션이 상기 형성 구역의 27 내지 72%를 구성하고, 상기 압출기의 상기 배럴을 따르는 D1에서 D2로의 확장률이 0.3 내지 0.7%인, 방법.
19. The method according to claim 17 or 18, wherein the length of the heating zone is from 0.25 to 2 m, preferably from 0.5 to 1.5 m,
The length of the forming zone is 0.075 to 0.20 m, the cooling section constitutes 27 to 72% of the forming zone, and the expansion ratio from D 1 to D 2 along the barrel of the extruder is 0.3 to 0.7%, method.
제17항 또는 제18항에 있어서, 상기 압출 블록에 배압을 가하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.19. The method of claim 17 or 18, further comprising applying back pressure to the extrusion block.
KR1020237013580A 2020-09-21 2021-09-20 Method and extruder for producing high-quality blocks of fixed active media KR20230073292A (en)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN20201095891.4 2020-09-21
CN202010095891 2020-09-21
US202063127477P 2020-12-18 2020-12-18
US63/127,477 2020-12-18
PCT/US2021/051029 WO2022061206A1 (en) 2020-09-21 2021-09-20 Method and extruder for preparing a high quality block of immobilized active media

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20230073292A true KR20230073292A (en) 2023-05-25

Family

ID=80775633

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020237013580A KR20230073292A (en) 2020-09-21 2021-09-20 Method and extruder for producing high-quality blocks of fixed active media

Country Status (3)

Country Link
JP (1) JP2023543436A (en)
KR (1) KR20230073292A (en)
WO (1) WO2022061206A1 (en)

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4462691A (en) * 1983-01-13 1984-07-31 Uniroyal, Inc. Mixer/extruder having selectively variable shearing action therein
FI79261C (en) * 1983-03-29 1989-12-11 Mitsui Toatsu Chemicals FOERFARANDE OCH ANORDNING FOER FORMNING AV I VAERME HAERDBARA PLASTER.
US4513116A (en) * 1983-04-01 1985-04-23 Exxon Research And Engineering Co. Process for the manufacture of halogenated polymers
US20120329923A1 (en) * 2011-06-22 2012-12-27 Arkema Inc. Fluoropolymer composition
KR20200003780A (en) * 2017-06-01 2020-01-10 웬저 매뉴팩쳐링 인코포레이티드 High non-mechanical energy extrusion screw assembly

Also Published As

Publication number Publication date
WO2022061206A1 (en) 2022-03-24
JP2023543436A (en) 2023-10-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6800999B2 (en) 3D printed fluoropolymer structure
US10406471B2 (en) Filter medium for air filter, filter pack, air filter unit, and method for producing filter medium for air filter
KR102680335B1 (en) Porous article with polymeric binder sub-micron particles
DE69322754T2 (en) COMPOSITE MICROPARTICLES MADE OF FLUORINE RESIN
EP2903714B1 (en) Porous separation article
US20170174932A1 (en) Materials containing fluoropolymers for additive manufacturing applications
US20080261051A1 (en) Electrically Conductive Ptfe Tape
JP7428649B2 (en) Non-solid core filament for 3D printing
JPH10512620A (en) Co-continuous blend of fluoropolymer and thermoplastic polymer and method of manufacture
CA2957114C (en) Conductive polymer composite
WO2019236289A1 (en) Melt processible fluororesin composition and injection molded article formed from same
KR20230073292A (en) Method and extruder for producing high-quality blocks of fixed active media
WO2012158650A1 (en) Low-wear fluoropolymer composites
US20240017462A1 (en) Method and extruder for preparing a high quality block of immobilized active media
WO2016130410A1 (en) Particulate polymer binder composite
EP4263169A1 (en) Method and extruder for preparing a high quality block of immobilized active media
CN114248489A (en) Method and extruder for producing high-quality fixed active medium blocks
CN116234675A (en) Method for preparing high-quality immobilized active medium lump material and extruder
JP2008013610A (en) Molded article composed of fluororesin composite composition
EP4289495A1 (en) Air filter filtration material, method for producing air filter filtration material, filtration material for masks, and filtration material for pleat-like masks
CA2974293C (en) Method of making a polymer composite
JP2006213871A (en) Fluororesin composite composition
US10625213B2 (en) Production system for composite porous solid articles
JP2019218518A (en) Thermal storage material particle-containing resin pellet, and manufacturing method of thermal storage material particle-containing resin pellet
JP5738048B2 (en) PTFE paste extrusion molded body and method for producing the same, PTFE composition for PTFE paste extrusion molding and method for producing the same

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination